高温超导材料具有通流能力强、临界磁场高、工作温区广等特点，其在加速器磁体、磁共振成像磁体和背景场磁体等领域已取得了阶段性的研究成果，高温超导磁体在稳态强磁场领域具有良好的发展前景。但是高温超导体失超传播速度较低，失超能量不能迅速扩散导致局部温升，进而影响到整个超导磁体的稳定性。磁体的热稳定性不足限制了其推广应用。为增强高温超导磁体稳定性，有学者提出无绝缘高温超导磁体方案。磁体采用无绝缘层的超导带材绕制，当发生失超时工作电流可经匝间接触流至相邻匝，避免产生局部热点。本文立足于无绝缘高温超导磁体发展现状，考虑匝间接触电阻率的变化规律，分析无绝缘磁体电磁热特性及相关机理。为了提高磁体励磁速率、安全稳定性以及磁场强度，对无绝缘磁体分析与设计方法展开了系列研究，并制作了无绝缘高温超导磁体进行实验验证。论文主要工作如下：
　　(1)针对无绝缘磁体匝间接触电阻率变化特性进行实验研究，获得了接触电阻率-应力-温度关系曲线。基于线圈径向应力分布规律，提出了一种线圈匝间接触电阻率计算方法。相比传统的基于实际测量值的平均接触电阻率评估方法，考虑接触电阻率变化特性的计算方法可有效地提高接触电阻分布计算的准确性。针对现有预紧力计算方法不适用于非中心对称结构线圈(如跑道型线圈)，利用ANSYS软件的单元生死功能，建立了高温超导线圈的三维应力数值计算模型，实现了对绕制过程中每匝带材叠加行为的模拟。结合接触分析模块，实现对各类结构线圈的绕制预紧应力、热应力及电磁应力计算。通过有限元模型计算了线圈径向应力与匝间接触电阻分布，并将理论计算结果与实验结果进行了对比，验证了模型的有效性。
　　(2)针对大型无绝缘超导磁体需要分匝建模、常规的超导材料电磁特性模拟方法计算自由度高、收敛性较差的问题，提出了使用均匀电流密度比值求解超导层电阻的方法。电流密度与临界电流密度比值是影响超导层电阻率的主要因素，针对无绝缘超导线圈可过流运行的特点，研究了超导线圈通流过程中带材内的电流密度分布与临界电流密度分布。结果表明在过电流下运行时，该比值表现出趋于均匀分布的特性。该方法可实现非中心对称结构磁体三维模型的快速电磁分析，并结合结构分析模型和热传导分析模型，建立可模拟无绝缘超导磁体过电流动态过程的多物理场耦合分析模型。
　　(3)研究了无绝缘高温超导磁体的励磁时间、励磁损耗、过电流运行能力、热稳定性等特性，分析了匝间接触电阻值对无绝缘高温超导线圈电磁热特性的影响规律。针对目前无绝缘超导磁体设计方法不完整、缺乏对匝间接触电阻率参数优化的问题，提出了一种考虑匝间接触电阻优化的无绝缘磁体设计方法。基于遗传算法通过施加非均匀分布预紧力实现对匝间接触电阻率的控制，结果表明优化后方案有助于提高无绝缘磁体励磁特性和热稳定性。
　　(4)完成了传导冷却式跑道型无绝缘高温超导磁体样机的设计与制作并进行了通流实验。仿真模拟了该磁体在励磁过程和过流热失稳过程的电磁、热、力特性，对比了实验结果与数值模拟结果，验证了该分析方法的可行性。结果表明未进行浸渍的无绝缘磁体冷却均匀性较差，较快励磁速率下产生的匝间损耗会导致磁体提前失超。高匝数、高磁场下无绝缘磁体的过流运行能力低于单个无绝缘线圈。在磁体热失稳研究过程中，考虑由温升和磁场下降引起的接触电阻率非线性变化，结果表明匝间接触电阻明显增大，导致线圈发热进一步加剧，验证了在磁体热稳定性评估中有必要考虑匝间接触电阻率的变化特性。