随着超导材料、超导技术和低温制冷技术的发展,各种类型超导磁体被广泛应用于聚变新能源、高速悬浮列车、高能粒子加速器等众多领域。超导磁体往往运行于极低温、大电流及强磁场环境中,并且磁体结构及其线圈承载着高应力的电磁和机械载荷,再加之磁体结构的多组分、多尺度特征以及超导特性的应变敏感等因素,使得超导磁体的多场行为分析与测试极具挑战性。为了较全面地分析超导磁体及其线圈结构在加工、组装、降温测试等研制环节中的基本性能和行为,本文以自主研制中的分体式无液氦冷却超导磁体结构为研究对象,开展了相关的数值建模分析以及实体实验测试研究,获得磁体性能表征和低温多场下的行为特征,为顺利研制提供了相关理论指导和力学支撑。首先,考虑到超导磁体结构为多层、多界面、多组分材料所构成的复杂结构,例如其包含了超导线、环氧树脂、绝缘材料、金属支撑结构等,直接建模与分析往往计算量大,难以实现。为此我们引入了均匀化理论和方法,分析了超导线圈的等效力学性能参数,可为进一步的理论分析和数值建模提供基本参数。其次,根据所研制超导磁体的横向高场实现功能以及几何结构特点,建立了磁体的实体结构分析模型。考虑各部件之间的连接、接触及摩擦,依次分析了磁体从组装到降温,再到通电励磁的不同载荷过程中的力学行为,获得了磁体变形及应力分布的数值结果;数值分析了磁体运行温区的热应力及变形,获得了磁体关键结构部件的漏热特征等;相关研究为磁体和线圈的分析及结构优化提供指导。最后,开展了低温超导磁体绕制、降温以及励磁过程中的多场响应实验测试,综合运用无线应变测试和光纤应变测试技术,获得了预张力作用下超导线圈在绕制过程中的应变积累、励磁过程中磁体电流与应变、磁场响应的对应关系等结果,与本文磁体结构的数值分析结果吻合较好,印证了磁体设计的合理性与有效性。本文为探索复杂超导磁体的模型设计、理论分析以及与多场力学性能测试的有机结合提供了有效途径,相关结果可为未来更高场超导磁体的研究提供指导。