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10.3 多物理场耦合仿真与优化：电磁-结构-热-流体耦合分析在轴承优化中的应用

磁悬浮轴承的实际运行状态是一个典型的多物理场强耦合环境。单一的电磁场或结构场分析已无法准确预测其综合性能。轴承的电磁场产生悬浮力，同时引发铁损和铜损导致发热；发热引起结构热变形，改变关键的气隙尺寸，进而反作用于电磁场分布；高速旋转的转子搅动内部流体（空气或冷却介质），影响散热与阻尼特性；巨大的电磁力和离心力则直接挑战着机械结构的强度与刚度。因此，电磁-结构-热-流体的多物理场耦合仿真与优化，已成为现代高性能磁悬浮轴承设计不可或缺的核心工具。它不仅能揭示复杂的内在相互作用机理，更能实现从“经验设计”到“预测设计与主动优化”的范式转变。

10.3.1 核心耦合机理与物理模型

磁轴承系统中的多物理场耦合并非简单的叠加，而是存在复杂的双向甚至多向相互作用链条。下图展示了各物理场之间的主要耦合路径与反馈关系：