基于MATLAB和COMSOL联合仿真的磁性液体密封耐压能力分析方法与流程

技术特征：
1.一种基于matlab和comsol联合仿真的磁性液体密封耐压能力分析方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)使用cad软件绘制仿真所需几何模型，将其导出为.dxf格式文件；(2)建立comsol仿真模型，设置空间维度、物理场选项及研究类型，导入步骤(1)中导出的几何模型.dxf格式文件，并完成几何模型的建立；(3)在comsol中设置几何模型的材料参数，设置物理场属性，进行网格划分，设置求解器，设置需要导出并保存的图片属性，完成有限元仿真模型建立，将其导出为.m格式文件；(4)使用matlab调用步骤(3)中生成的有限元仿真模型.m文件，完成matlab和comsol的联合仿真分析编程；(5)使用comsol multiphysics for matlab打开matlab，运行步骤(4)中编写的matlab和comsol的联合仿真分析程序，完成不同参数条件下磁性液体密封结构的有限元仿真，并保存仿真结果文件；(6)使用matlab调用步骤(5)生成的仿真结果文件，计算不同参数条件下磁性液体密封结构的耐压能力，并将结果导出保存。2.根据权利要求1所述的方法，其步骤(1)中所述几何模型包括极靴、轴、永磁体和空气域。3.根据权利要求1所述的方法，其步骤(2)中所述空间维度为“二维轴对称”，物理场选项为“磁场，无电流(mfnc)”，研究类型为“稳态”研究；几何模型建立包括步骤(1)中所述的极靴、轴、永磁体和空气域的.dxf文件导入、极齿的绘制、域的布尔操作和形成联合体。4.根据权利要求1所述的方法，其步骤(3)中所述材料参数包括极靴、轴、永磁体和空气域的材料参数，物理场属性包括各域磁通量守恒的设定和零磁标势的设定。5.根据权利要求1所述的方法，其步骤(4)中所述matlab和comsol的联合仿真分析编程包括如下步骤：4.1)在matlab中定义文件路径，包括密封装置的.dxf文件，comsol模型文件，材料b
‑
h参数文件，有限元仿真模型.m文件，数据保存文件；4.2)在matlab中定义模型参数，包括极齿剪切方向，起始坐标，模型对称轴坐标，齿间距，齿数，磁性液体体积范围等；4.3)依据不同极齿在模型中的几何位置和不同密封条件下磁性液体与极齿的包覆关系，将磁性液体消耗量与齿数的关系简化为公式1和公式2，v＝n1*l
t
*l
g
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)由于模型中的v，l
g
和l
t
均为已知量，因此化简后可得公式3和公式4，并得到n，均为已知量，因此化简后可得公式3和公式4，并得到n，式中v——磁性液体总消耗量，l
g
——密封间隙，l
t
——齿间距，n1——矩形极齿、直角梯形极齿、等腰梯形极齿数量，n2——三角形极齿数量；
4.4)根据不同极齿在模型中的几何位置，由公式5和公式6得到各极齿齿槽宽与极靴宽度的关系，l＝n*x
ꢀꢀꢀ
(5)l＝n*l
t
(n
‑
1)*l
s
ꢀꢀꢀꢀ
(6)由于模型中的l，n，l
t
均为已知量，因此化简后可得公式7和公式8，并得到x和l
s
，x＝n/l
ꢀꢀꢀ
(5)式中l——极靴下底长度；x——三角形极齿齿顶槽宽；l
s
——矩形，等腰梯形，直角梯形极齿齿顶槽宽；l
t
——齿间距；n——极齿数量；4.5)读取极齿尺寸变量和初始位置，依据不同极齿的几何形状关系建立单个极齿的坐标；4.6)读取极齿剪切方向，起始坐标，模型对称轴坐标，齿间距，和齿数，依据各极齿间的相互关系求解其余极齿的坐标；4.7)修改有限元仿真模型.m文件中的参数及文件路径，并在matlab主程序中完成有限元仿真模型的调用计算程序编写。6.根据权利要求1所述的方法，其步骤(6)中所述调用步骤(5)生成的仿真结果文件为仿真结果中保存的轴与极靴空气隙中的磁场分布文件。7.根据权利要求1所述的方法，其步骤(6)中所述计算不同参数条件下磁性液体密封结构的耐压能力是通过获取每个极齿对应的密封间隙内的最大磁通密度模差值，并做累加得到总磁通密度模差，再乘以磁性液体的饱和磁化强度，得到耐压强度，其表达式为公式7

技术总结
本发明公开了一种基于MATLAB和COMSOL联合仿真的磁性液体密封耐压能力分析方法，主要解决传统有限元分析方法手动设置模型参数较为繁琐，无法批量仿真的问题。其主要步骤为：1.绘制几何模型并得到.dxf格式文件；2.使用COMSOL建立有限元仿真模型并导出为.m格式文件；3.使用MATLAB调用有限元仿真模型.m文件并完成MATLAB和COMSOL的联合仿真分析编程；4.使用COMSOLMultiphysicsforMATLAB运行联合仿真分析程序，完成有限元仿真并保存结果文件；5.使用MATLAB调用仿真结果文件，计算各条件下的密封结构耐压能力并保存结果文件。本发明适用于任意磁性液体密封结构磁场分布及耐压能力的批量计算，提高了仿真分析效率，降低仿真分析操作门槛。析操作门槛。析操作门槛。


技术研发人员：杨密栋 李德才 王璐
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2021.07.20
技术公布日：2021/10/23