[发明专利]一种基于COMSOL的单侧计轴传感器建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁场分布的计算技术领域，特别涉及的是一种基于COMSOL的单侧计轴传感器建模方法。

背景技术

在单侧计轴传感器的设计和优化的过程中，需掌握无车轮时传感器附近的磁场分布情况及有车轮时传感器附近的磁场变化规律。目前比较流行的电磁场计算方法有无限元法、有限元法、有限元-无限元结合法等，所有的方法在计算之前都需进行模型的建立，并进行模型的网格剖分。

在利用有限元法对电磁场进行计算分析时，一个重要的步骤是进行模型的有限元网格剖分。常见的网格剖分方法为在模型外建立一个空气域，以模拟计轴传感器运行时的空气环境，并针对不同的计算精度要求，对励磁线圈、感应线圈、铁轨、车轮采用不同的剖分程度，剖分方法复杂、单元格数量巨大、计算时间长、无法对关键部件(励磁线圈、感应线圈)附近空气的磁场变化进行计算与分析，进而无法将空气中磁场的变化对感应线圈的影响充分地反映出来，同时，为了保证计算的正确，还需计算足够大的空气域，一般所建立的空气域的体积不小于模型体积的3倍，这将导致许多未知变量的增加。

图1是常见的网格剖分方法示意图。常规方法中，对于重点考虑的部分，剖分程度更细致，COMSOL软件中默认的剖分类别有较粗化、粗化、常规、细化、较细化等。根据各个部分的计算精度要求，即计算精度要求越高，剖分程度越精细，选择不同的剖分等级，因此剖分细致程度按从低到高的顺序依次为：第一空气域粗化、车轮常规、铁轨常规、单侧计轴传感器较细化。

但是，常规方法存在以下问题:剖分方法复杂、单元格数量巨大、计算时间长、无法对关键部件(励磁线圈、感应线圈)附近空气的磁场变化进行计算与分析。

因此，如何将上述问题加以解决，而设计一种基于COMSOL的单侧计轴传感器建模方法，即为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于COMSOL的单侧计轴传感器建模方法，借助该方法，可以有效地降低剖分的复杂程度，减少单元格数量，缩减计算时间，更重要的是，可以对关键部件附近的空气域的磁场变化进行计算，使计算结果更可靠。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于COMSOL的单侧计轴传感器建模方法，包括如下步骤：

通过实物图，建立有限元模型球体，包括车轮、铁轨、感应线圈、励磁线圈；

以所述有限元模型的几何中心点为球心，建立第一空气域，以模拟单侧计轴传感器运行的空气环境；

以所述有限元模型的几何中心点为中心，建立第二空气域；

对所述第一空气域进行粗化正四面体剖分；

对所述第二空气域及其包围的单侧计轴传感器、铁轨、车轮进行细化正四面体剖分；

对各部分模型进行材料参数设置，根据各部分模型材料的实际值进行材料属性值设置。

较佳的实施方式，所述第一空气域为球体空气域，所述球体空气域的体积为三倍有限元模型球体。

较佳的实施方式，所述第二空气域为长方体空气域，所述长方体空气域的大小为将单侧计轴传感器、铁轨、车轮模型包围。

较佳的实施方式，对所述第一空气域采用的网格剖分类别为COMSOL软件内默认的较粗化正四面体剖分，最大单元格尺寸与最小单元格尺寸分别为1.5m与0.21m。

较佳的实施方式，对所述第二空气域及其包围的单侧计轴传感器、铁轨、车轮采用的网格剖分类别为COMSOL软件内默认的细化正四面体剖分，最大单元格尺寸与最小单元格尺寸分别为0.24m与0.02m。

较佳的实施方式，所述第一空气域、所述第二空气域的材料设置为软件默认的空气，将所述车轮与所述铁轨的材料设置为软件默认的铁，将所述感应线圈与所述励磁线圈的材料设置为软件默认的铜。

较佳的实施方式，进行材料属性值的设置包括相对磁导率、相对介电常数及电导率。

为了达到上述目的，本发明还提供一种基于COMSOL的单侧计轴传感器建模方法，包括如下步骤：

通过实物图，建立有限元模型球体，包括铁轨、感应线圈、励磁线圈；

以所述有限元模型的几何中心点为球心，建立第一空气域，以模拟单侧计轴传感器运行的空气环境；

以所述有限元模型的几何中心点为中心，建立第二空气域；

对所述第一空气域进行粗化正四面体剖分；

对所述第二空气域及其包围的单侧计轴传感器、铁轨进行细化正四面体剖分；

对各部分模型进行材料参数设置，根据各部分模型材料的实际值进行材料属性值设置。