ll presente documento riporta i risultati di misure sperimentali e di studi numerici di deformazioni e sforzi che insorgono in nastri superconduttori 2G REBCO CC (Second Generation Rare-earth Barium Copper Oxide Coated Conductors), il cui utilizzo è proposto in ambito internazionale per dispositivi per le reti elettriche come limitatori della corrente di corto circuito (SFCL, Superconducting Fault Current Limiters) e i cavi superconduttori. Tali nastri sono sistemi multistrato costituiti da materiali con diverse proprietà fisiche e meccaniche. Portati a temperature criogeniche nelle configurazioni di prova e di utilizzo, tali nastri sono soggetti a sforzi e deformazioni termomeccanici che, se superiori a determinati valori limite, possono causare un degrado irreversibile delle prestazioni sia elettriche sia meccaniche del nastro tale da renderlo inutilizzabile.
Le misure sperimentali sono state effettuate, preliminarmente, su nastri in acciaio inossidabile AISI 301 e, in seguito su nastri superconduttori SuperPower e SuperOx. Sul nastro AISI 301 si sono determinate le condizioni di vincolo ottimali che minimizzano tali sforzi, condizioni applicabili, per ora, solo in laboratorio. Su campioni lineari di nastro SuperPower, con vincolo convenzionale, lo sforzo risulta di tipo tensile e inferiore ai valori limite sopra citati.

Su campioni SuperOx, ad architettura molto complessa, non è stato possibile stimare gli sforzi a causa del loro comportamento non elastico; ciononostante si sono misurate le deformazioni. Si ritiene che la presenza massiccia della lega di brasatura, utilizzata per applicare le lamine aggiuntive di acciaio, potrebbe essere in gran parte responsabile di ciò. Le deformazioni misurate sia per SuperPower sia per SuperOx sono comunque molto inferiori a quelle ritenute limite di irreversibilità per nastri commerciali. Per entrambi i nastri superconduttori, oltre alle misure su campioni di nastro collocati su porta-campioni piani, sono state effettuate le misure anche posizionando campioni su supporti cilindrici, queste ultime sono state molto laboriose e di difficile interpretazione e necessitano di ulteriori approfondimenti.
Sono state eseguite simulazioni numeriche del comportamento termoelastico di nastri di acciaio AISI 301 utilizzando il software commerciale COMSOL Multiphysics. Sono stati sviluppati studi per la valutazione delle condizioni al contorno più opportune e realistiche da utilizzarsi nelle simulazioni. Gli sforzi calcolati sono risultati confrontabili con quelli determinati dalle misure estensimetriche, per adesso, solo come ordine di grandezza, ma gli studi sulle condizioni al contorno, sulla geometria e sulle ipotesi fisiche dei modelli possono essere ulteriormente ampliati ed approfonditi. Tale sviluppo dello studio, insieme all’inserimento della struttura reale di nastri superconduttori nella geometria del problema, rappresenterà l’oggetto della prossima annualità.
Gli studi condotti nella presente Linea di Attività hanno fornito un incremento delle conoscenze sull’argomento, non ancora reperibili, a conoscenza degli autori, nella letteratura scientifica a riguardo.