CICC(cable-in-conduit conductor)超导电缆体是国际热核反应堆ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)磁体系统的重要功能性部件之一,运行工况下受到大电流、强磁场和极低温的多场耦合作用。大量研究表明,CICC导体的超导特性(临界电流、上临界磁场、临界温度)与其力学性能(应力和应变)直接相关,因此其力学性能的准确预测直接涉及到ITER装置的功能实现和运行安全。CICC超导电缆是由复合超导股线经过多级扭绞而成的,由于复合股线的非线性塑性变形特征以及多级扭绞引起的复杂多体接触特征,使得建立在连续介质力学基础上的有限元法等传统数值方法,难以基于组分材料特性并结合绞缆工艺合理预测股线乃至多级扭绞电缆子体,尤其是包含各种功能性结构(氦管、包层和外刚套)的电缆体全缆的力学特性,致使其推广性较差。为此,本学位论文针对CICC超导电缆,通过二次开发离散单元的多重非线性接触模型,建立了一种新的能准确预测超导电缆不同扭绞层级上力学行为特征的多层级离散动力学模型;自下而上的构建了表征超导电缆力学特征的多级应力应变关系;最后分析了超导电缆在不同绞缆节距、横向循环压缩以及液氦质量流量等诸多因素影响下的宏观力学性能及影响因素分析。主要工作如下:首先,基于离散元法适用于大变形优势,通过更接近实际制作工艺的逐级扭绞方式生成了复合超导股线至瓣形电缆子体(电缆体基本对称单元)的多层级离散动力学模型。基于离散元的二次开发和夹杂理论,定义了基于组分材料特性的多重非线性接触本构,成功实现了对复合股线非线性应力应变关系的精确预测,以此为基础并结合多个离散元连续系统间的连续滑动等效处理,开展了具有连续和离散耦合特性的多级扭绞电缆的力学性能预测。该模型预测得到的多级电缆子体非线性应力-应变关系与已有实验结果十分吻合,表明基于组分材料特性建立的“自下而上”逐级推进离散元模型对强非线性股线及其复杂扭绞模型的力学性能预测具有一定的普适性。其次,由于CICC电缆的超导性能对横向挤压应力的敏感性相对轴向应力更强,而在绞制电缆过程中将会产生不同程度的接触预应力,这将对运行工况下超导性能预测产生不容小觑的影响。基于扭绞过程生成的多级电缆离散动力学模型,使得探索最佳制作工艺成为可能。在自扭绞模型基础上,分析了超导电缆绞制过程中的关键工艺参数(三级子初始螺距、连续扭绞级螺距比)对电缆体空隙率及内部股线间的接触压应力分布规律的影响,并进一步给出不同扭绞螺距的基本对称单元瓣形子缆在等效运行环境下(低温轴向收缩、强磁场横向压缩)的内部股线局部应变分布的演化规律,为电缆体在实际应用中的优化设计提供了一定的指导。再次,引入改进的接触模型,完善了包含不同功能与性能部件(中心氦管连续固定支撑﹑薄壁包层自由收缩)的超导电缆全缆横截面的离散动力学模型。通过引入类伺服机理的位移驱动边界条件实现了电缆体全缆的循环横向荷载,获得了多次循环横向压缩荷载-位移曲线,所预测的不同循环次数下等效横向杨氏模量与已有理论结果相比更接近实验值。同时获得了电缆体塑性变形、机械损耗等宏观力学特性随施加横向载荷以及循环次数的变化。此外,考虑到具有多体接触特征的电缆体宏观力学行为与其系统内部股线间的接触、摩擦以及排列方式等局部信息密切相关,我们分析了超导电缆局部空隙率、内部股线残余变形及股线间接触数等随循环加载次数的变化特征,同时探讨了影响电缆体内横向压应力的主要因素。最后,通过离散元的颗粒接触传热模型,成功的实现了对电缆体内股线间接触热传导过程的表征。同时结合已有的一维双通道热交换模型,从而建立了能同时考虑两种传热模型相互耦合的传热模型。结果表明,两种传热机制作用下出现了与实际情况类似的自内而外的类环形温度分布及其各项异性传播特征,并且考虑股线间接触传热效应时,离散数值模拟得到的电缆体温度随冷却时间的演变过程与已有实验结果更为接近。在此基础上,分析了随着液氦质量流量的变化,电缆体内接触力学状态的演变及其对系统横向传热性能的影响。最后,详细讨论了循环横向荷载对电缆体整体有效热传导性能的影响规律。总之,本文基于散体物质研究中的离散单元法,对复杂运行环境中CICC超导电缆的离散动力学模型及相应的力学特性、影响因素进行了较为深入的探讨。结果一致表明,基于离散思想的离散单元法,通过颗粒间接触本构的合理表征,在非线性复合材料的力学性能预测方面表现出了极强的适用性。同时由于该方法能够快速有效的处理离散体之间的接触和摩擦等,使得其成为预测多级扭绞电缆体力学性能的有力工具。此外,由于离散单元法的无网格特性,使得建模过程大大简化的同时,计算效率和收敛性也表现出明显优势,这使得这类离散类的数值方法在某些复杂连续介质问题的建模和力学行为分析方面也具有良好的适用性。