[发明专利]基于MATLAB和COMSOL联合仿真的磁性液体密封耐压能力分析方法

说明书

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。

技术领域

本发明属于磁性液体密封领域，尤其涉及磁性液体密封结构耐压能力仿真分析方法，可用于磁性液体密封装置机械结构的优化设计。

背景技术

在磁性液体密封领域，耐压能力受到极齿几何形状，齿间距，齿数，极齿位置，轴与极靴的材料，永磁体数量等参数的影响，是衡量磁性液体密封装置性能的最重要的参数指标。目前一般使用有限元分析软件，如ANSYS、COMSOL等，进行仿真分析，分析过程包括建立几何模型，设置材料属性，设置物理场属性，划分网格，设置相应求解器，进行仿真分析，得到磁场分布，读取所需路径的磁场大小，计算磁性液体密封装置耐压能力。但上述仿真分析方法存在以下问题：

(1)为了获得最佳的密封结构设计方案，需要计算大量不同尺寸、不同结构的模型，但是每次计算都需要手动修改模型参数并重复仿真步骤，费时费力且容易出错；

(2)当模型参数包含连续变量或模型参数较多时，难以通过手动调试参数得到最优模型；

(3)当需要计算的模型数量较多时，没有相应的程序可批量处理仿真结果，需要手工筛选，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于MATLAB和COMSOL联合仿真的磁性液体密封耐压能力分析方法，综合两种软件的优势，以简化仿真流程、降低仿真分析操作门槛，提高仿真分析效率、快速完成不同参数条件下密封结构磁场分布及耐压能力的批量计算。

为实现上述目的，本发明主要的实现步骤如下：

(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COMSOLMultiphysics 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。

本发明与传统有限元分析方法相比，具有如下优点：

1)本发明通过使用MATLAB调用COMSOL有限元仿真模型，批量更改其几何模型结构参数以得到大量不同结构下的仿真结果，并对其进行批量处理，为结构优化设计提供大量数据，提高了仿真效率；

2)本发明使用MATLAB自动生成、更改参数并调用COMSOL进行仿真，减少需要人工参与的步骤，降低人为失误造成的可能；