超导磁体系统是国际热核聚变实验堆中托克马克装置的重要组成部分。超导磁体性能(临界电流、临界温度等)的优劣是影响磁体系统的安全运行和托卡马克装置内等离子体稳定流动的关键因素。在实际工况下(极低温,高电流,强磁场),超导磁体受到强电磁力,热载荷以及超流体(液氦)的作用而发生变形,振荡和挤压,导致其超导性能发生明显的退化。本学位论文通过对超导股线的电流流动模式、应变依赖性、电流的退化和力-电耦合性能的研究以期对超导股线的输运机制和输运性能退化机理提供合理解释。此外,具有极高超导电性的高温超导电缆的设计和研究已成为目前国际应用超导领域的热点研究之一,本论文将对高温超导电缆的力-电-热特征展开建模与仿真,以期对电缆的优化设计提供理论支撑和参考。首先,基于接触电阻和有效电阻模型,本文建立了多丝复合超导股线的三维有限元模型。分析了电流在超导股线中的横向和纵向流动特征,并计算了超导股线处在交流磁场内产生的交流损耗。讨论了外部磁场幅值和超导丝绞扭长度对交流损耗的影响。计算结果显示:接触电阻对超导股线内部电流的流动具有明显的作用;交流损耗随磁场幅值和绞扭长度的增加而增加。其次,将超导股线的轴向应变通过超导体的非线性电磁本构关系代入Maxwell方程,建立了适用于强电流,高磁场工作环境下的超导股线的稳态和瞬态输运模型。对所提出的计算模型分别采用摄动法,有限元法进行了求解,得出了在应变作用下超导股线的电磁分布特征,计算了超导股线输运交流电时产生的交流损耗,讨论了应变、电磁本构关系中的指数n以及交流电幅值对输运电流及交流损耗的影响。再次,本文对超导股线的力-电耦合特性展开了更进一步的研究。将超导股线的金属基体和超导纤丝分别考虑为弹塑性材料和脆性材料,计算了超导股线在拉伸和弯曲作用下的力学响应。该模型中,金属基体的电磁本构关系遵循欧姆定律,而超导纤丝遵循指数律。通过国际热核聚变实验堆中使用的定标率将应变分布代入磁场控制方程,计算了超导股线电磁分布特征。结果显示:金属基体的塑性变形和超导纤丝的几何构型对超导股线的应变和电流分布有显著影响。还讨论了洛伦兹力和拉力共同作用下超导股线性能退化的情形。结果显示:洛伦兹力会使股线的输运性能退化更明显。最后,本文通过建立高温超导电缆的三维有限元模型,对其力-电-热耦合行为进行了研究。通过计算得到了其电流,磁场,热通量,温度和应力的分布特征。还计算了电缆内部的超导带材的I-V特征曲线,计算结果与实验吻合较好。结果显示:对电缆进行冷却可以明显降低电缆内部的温度和应力;电流在超导带材里面的分布是不均匀的;通过优化超导带材的数量可以提升电缆的载流能力;选择合适的金属基体可以降低电缆内部的应力水平。综上所述,本文对低温超导股线的输运机制进行了较为系统的研究,为预测超导磁体的性能退化提供了理论依据。通过建立超导磁体多场耦合行为分析的理论模型,对高温超导电缆力-电-热耦合行为进行了研究,为超导电缆的优化和设计提供了建议和参考。