优化的有限元方法：螺管线圈磁场中聚磁介质磁力计算

本文探讨了一种计算螺管线圈磁场中聚磁介质所受磁场力的有限元方法，由徐风雨等人提出，针对往复串罐式高梯度超导磁选机（SRC-HGMS）中的实际问题。在该磁选机中，由于聚磁介质频繁进出磁场，导致作用在其上的磁场力呈现出周期性变化，这可能导致聚磁介质部件的机械稳定性降低，从而影响设备的长期运行效率。 传统的SLON型磁选机相比之下，其磁场力的影响较小，但SRC-HGMS的特殊工况要求更为精确地评估聚磁介质所受的应力。为此，作者提出了一个创新的方法，通过将聚磁介质区域进行均匀化处理，并引入等效磁导率的概念，简化了有限元模型的构建。在二维轴对称模型中，作者定义了均匀化磁压强，以便于与简化解析方法和精确建模的有限元方法进行比较。这种方法的优势在于计算量相对较少，而计算精度却接近于后者，显示出较高的工程实用价值。 关键点包括： 1. **螺管线圈磁场**：这是一种特殊的电磁结构，产生的磁场线是闭合的，常用于需要高效磁场的应用中，如磁选机。 2. **等效磁导率**：在处理非均匀材料时，通过引入等效磁导率，可以简化计算模型，提高效率，同时保留近似精确的结果。 3. **聚磁介质**：指具有高度磁性的材料，这些材料在磁场中会集中并增强磁场，是磁选过程中的核心组件。 4. **磁场力计算**：有限元方法在此处被用来精确地计算聚磁介质在复杂磁场中的受力情况，这对于优化设备设计和防止潜在的机械问题至关重要。 5. **有限元分析**：一种数值模拟技术，通过将物理系统分割成许多小的子区域（元素），每个子区域独立求解，然后汇总结果，提供整体系统的响应。 6. **关键词**：这些关键词表明了论文的主要研究内容和技术路线，包括“螺管线圈”、“等效磁导率”、“聚磁介质”、“磁场力”以及“有限元分析”。 通过这种方法，研究人员可以有效地解决SRC-HGMS中聚磁介质受力问题，提升设备的稳定性和性能，对于超导磁体技术和相关设备的设计与优化具有重要意义。