comsol仿真,多物理场仿真 电磁轨道炮comsol模型 可仿真电枢加速全过程 动网格实现
打开COMSOL看着满屏的物理场接口,我对着电磁轨道炮模型直挠头。这玩意儿既要算电磁场又要算结构变形,还得让网格跟着电枢跑起来,简直像让猫学狗叫——听着就离谱。不过折腾了三天三夜,总算搞明白这堆物理场怎么串糖葫芦了。
先说电磁场这块,必须同时加载磁场(mf)和电场(ec)接口。关键在电流耦合,我直接在电枢表面用这个代码定义边界条件:
emw.J0 = sigma * emw.E; //焦耳热源项 physics.set('sigma', 5.96e7, "S/m"); //铜材质电导率这段代码直接把电磁场方程和材料参数绑死,注意电导率单位别写错,上次手滑写成mS/m直接导致仿真结果像窜天猴。
动网格才是真坑王。电枢跑起来之后,后面空气域的网格得跟着变形。用移动网格(ale)接口时,这个网格平滑因子设置要人命:
mesh.motionScale = 0.7; //网格变形系数 physics.set('umax', 50[m/s]); //最大运动速度参数调大了网格直接撕裂,调小了电枢还没出门就卡住。建议先做参数化扫描,从0.3开始慢慢往上试。
最刺激的是多物理场耦合。电磁场产生的洛伦兹力得实时传给固体力学场,我建了个全局耦合节点:
F_Lorentz = cross(J_total, B_total); //洛伦兹力密度 solid.Fx = F_Lorentz.x; solid.Fy = F_Lorentz.y;这里注意单位换算,电磁场算的是体密度,力学场要的是面力,得乘以特征长度。有次忘了乘系数,结果电枢加速度飙到2000g,比火箭发射还猛。
跑完全程仿真后,在结果里加个速度探针,能看到电枢从静止到飞出炮管的完整曲线。记得导出数据时勾选"存储求解步骤",不然只能看到最终状态。动画生成建议用无损AVI格式,虽然文件大但能看清电枢运动时电磁场的动态变化。
调试时发现个邪门现象:电枢速度曲线在中期出现震荡。排查半天发现是接触电阻没设好,在电流接口里补了个表面电阻条件:
contact.Rs = 1e-4; //接触面电阻瞬间曲线就平滑了。这玩意儿就像炒菜放盐,量不大但要命。搞多物理场仿真就是不断填坑,但看着电枢嗖地飞出去那一刻,值了。