超导材料具有优异的电磁性质,其在低温环境下表现出特殊的迈斯纳和零电阻等效应,目前已在交通、电力、能源、生物医学、国防军事等诸多领域具有广泛的应用前景。超导材料通常在低温、强磁场、大电流的极端环境下工作,其超导性质受到临界温度、临界电流和临界磁场的限制。然而,大量的实验研究表明力学应变会导致超导性能的不可逆退化,超导材料的性能不仅受到电流、磁场及温度等物理量的影响,还受到其力学变形的显著制约。因此,超导的力学行为直接威胁超导磁体装置的安全设计和稳定运行,目前力学分析已经成为超导高场磁体研制中关注的焦点及关键问题。兰州大学超导力学研究院自上世纪90年代以来一直围绕超导材料及结构的力学特性开展研究,为我国超导材料力学性能表征及超导磁体的研制开发提供了成功支撑,已成为我国超导电磁固体力学研究的主导单位。
超导结构的物理与力学基础课程结合兰州大学超导力学研究的特色研究方向,目前已面向兰州大学力学专业研究生多次开设,课程内容涉及固体力学、超导物理、传热学等多个学科之间的交叉,是紧密结合国家重大需求的跨学科前沿基础课程。该课程主要介绍了强磁场超导磁体研制设计过程中所涉及的极低温、强载流和强磁场极端使役环境下的电-磁-热-力多场相互作用的非线性力学行为研究,包括超导材料及其复合材料结构的宏观物理与力学行为的理论建模、数值计算、实验测量与实验装置研制等。该课程选用的教材是周又和院士编写的专著《超导电磁固体力学》,其近期由科学出版社正式出版,该专著是兰州大学超导力学研究院开拓超导力学新领域长期研究成果的系统总结。