[发明专利]一种考虑气隙层影响的电磁吸附力计算方法

权利要求书

1.一种考虑气隙层影响的电磁吸附力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、建立邻近物体间含有气隙层的电磁场模型；

步骤2、建立所述气隙层两侧的邻近物体间所满足的物理关系，并将所建立的物理关系作为约束条件，引入到步骤1的电磁场模型所对应的控制方程中，得到含约束条件的控制方程对应的等效积分形式；

所述步骤2包括：

首先根据电磁场边界条件，建立区域Ω_m、Ω_s和Ω_g间的电磁场量的关系式即气隙边界条件：

其中分别表示Γ_m面上沿Ω_m外法向和切向的通量密度；分别表示Γ_s面上沿Ω_s外法向和切向的通量密度；q_g表示气隙层Ω_g中沿Ω_m外法向的通量密度；

其次采用电标量势或磁标量势来描述气隙边界条件(5a)，则有：

在边界Γ_m处，表示为：

在边界Γ_s处，表示为：

在式(6)和(7)中，n_m表示Γ_m面上的Ω_m外法向，n_s表示Γ_s面上的Ω_s外法向，且它们的方向正好相反；α_m和α_s分别表示主域Ω_m和从域Ω_s的材料参数；和分别表示主域Ω_m和从域Ω_s的标量势；α₀表示空气材料参数；d₀表示气隙层的厚度；h₀表示气隙层的等效电阻或磁阻；

最后分别在Ω_m和Ω_s中引入试探函数w_m和w_s，并应用Green公式，得到(1)、(6)、(7)的等效积分形式：

步骤3、采用有限元方法离散步骤2得到的所述等效积分形式，并得到含约束条件的控制方程所对应的有限元方程；

所述步骤3采用有限元方法进行离散，其包括：

步骤31、对区域Ω_m和Ω_s划分网格，并记N_i(i＝1,2…n)为标准有限元空间的节点基函数，φ＝[φ₁,φ₂…φ_n]^T为标量势的节点自由度，并将求解域中标量势表示为节点基函数和节点自由度的乘积形式：

并将Ω_m上的自由度拆分为两部分，即分别对应Ω_m/Γ_m和Γ_m上的自由度分别为φ_i^m和将Ω_s上的自由度拆分为两部分，即分别对应Ω_s/Γ_s和Γ_s上的自由度分别φ_i^s和于是将φ表示为：

步骤32、将(10)和(11)式以及w_m,s＝N_i(i＝1,2…n)代入到(8)和(9)中，得到含气隙边界条件的有限元方程即所述含约束条件的控制方程所对应的有限元方程：

将(12)式中统一表示成K^mm，则具有如下分量表达形式：

将(12)式中统一表示成K^ss，则具有如下分量表达形式：

(13)和(14)式中，n₂表示中的最大下标，

将(12)式等号右端中的载荷矢量f_i^m、统一表示成f^m，则具有如下分量表达形式：

将(12)式等号右端中的载荷矢量f_i^s、统一表示成f^s，则具有如下分量表达形式：

由于(12)式中是从(8)和(9)中Γ_m和Γ_s面上的边界积分得到，将其统一表示成N_ΓΓ，则具有如下分量表达形式：

(17)式中，n₁是的最小下标；n₃是的最大上标；

步骤4、求解步骤3所得到的有限元方程，根据所求得的有限元方程的数值解以及所建立的物理关系，得到与所述气隙层对应的电磁场分布；

步骤5、根据所述气隙层对应的电磁场分布，采用电磁力计算方法求得邻近物体间的电磁吸附力。