本发明属于机械工程磁性液体密封，具体涉及一种回转轴磁性液体密封结构多尺度高质量网格划分方法。
背景技术：
1、磁性液体密封广泛应用于能源电子、航空航天及医疗卫生等关键领域，其密封性能直接受电磁铁或永磁体磁路特性的影响。然而，在划分磁场仿真网格时，密封设计面临一大挑战：密封间隙极小而整体结构尺寸庞大，形成了显著的多尺度特征。这导致自动生成的网格质量参差不齐，且网格密度趋于一致，难以满足精细计算的需求。若试图通过减小网格尺寸来提升计算精度，将急剧增加总网格数量，进而显著降低计算效率。鉴于网格划分对于确保计算结果的精确性与提升计算效率的关键作用，前处理阶段的网格划分在有限元仿真过程中显得尤为重要。因此，亟需开发一种网格划分优化策略，以便保障计算精度的同时，有效提升仿真效率。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种回转轴磁性液体密封结构多尺度高质量网格划分方法，开发出一种网格划分优化策略，以应对密封间隙微小与整体结构尺寸巨大的多尺度挑战，并且在确保计算精度的同时，有效提升仿真效率。
2、本发明根据磁性液体密封结构的特性与模拟需求，基于区域分块策略精确界定出需要高精度计算的加密区和相对次要的非加密区，有效避免了全局加密带来的不必要计算负担；同时，针对加密区尺寸微小而磁通密度变化极为剧烈的特点，在加密区与非加密区的交界处创新性地引入了“二合一”网格过渡策略，在确保网格从高密度平滑过渡到低密度的同时，实现了结构化多尺度的网格布局，这一创新既保证了在细微结构处的高精度要求，又兼顾了整体计算效率的提升。
3、本发明提供了一种回转轴磁性液体密封结构多尺度高质量网格划分方法，具体步骤为：
4、s1、确立密封几何模型理论参数，构建二维轴对称磁性液体密封模型；
5、s2、将二维轴对称磁性液体密封模型导入网格划分工具中进行网格划分，获得目标网格文件，其中网格划分工具为hypermesh，具体划分步骤为：
6、s21、将二维轴对称磁性液体密封模型导入网格划分工具中后，寻找二维轴对称磁性液体密封模型的对称线并沿对称线将其切分为完全相同的两部分，即a部和b部；
7、s22、从a、b两部中随机选择一个作为待划分模型进行网格划分，获得第一网格文件；
8、s23、沿对称线将第一网格文件对称复制到另一侧，获得第二网格文件；
9、s24、对第一网格文件和第二网格文件进行共节点操作，完成二维轴对称磁性液体密封模型的网格划分，获得目标网格文件；
10、s3、检测目标网格文件中各网格精度，若满足预设的精度指标，则划分结束，输出目标网格文件；否则，对网格中不符合的区域进行修改，直至满足预设的精度指标后停止。
11、优选的，所述密封几何模型理论参数包括转轴的半径，极靴的内径、外径和厚度，密封间隙s，永磁体的内径、外径和厚度，极齿数量，极齿高度h，极齿宽度d1，以及极齿槽宽度d2；
12、所述二维轴对称磁性液体密封模型包括转轴、上极靴、永磁体、下极靴、空气域和壳体，其中转轴设置于壳体内，转轴上套设有两个上下设置的极靴，即上极靴和下极靴，上极靴和下极靴之间设置有与两者贴合的永磁体，转轴、上极靴、永磁体和下极靴之间具有多个磁回路，磁回路内极靴与转轴形成的间隙具有磁性液体。
13、优选的，所述步骤s22中根据各区域的重要性和计算需求，基于区域分块策略对各区采用了不同的划分策略，其中具体策略为：对于加密区，采用精细网格划分策略，即加密区网格轴向尺寸和加密区网格径向尺寸远小于非加密区网格轴向尺寸和非加密区网格径向尺寸；对于非加密区，采用稀疏网格划分策略，即非加密区网格轴向尺寸和非加密区网格径向尺寸远大于加密区网格轴向尺寸和加密区网格径向尺寸；对于过渡区，采用“二合一”网格过渡方法，即过渡区的网格尺寸在两者之间逐渐过渡；
14、此外，所述步骤s22具体划分步骤为：
15、s221、基于待划分模型的物理特性、几何形状和模拟需求，将待划分模型划分为不同的区域，包括加密区、过渡区和非加密区；
16、s222、设置加密区参数、过渡区参数和非加密区参数；
17、s223、基于设置的加密区参数，对加密区进行网格划分；
18、s224、基于设置的加密区参数、过渡区参数和非加密区参数，对过渡区采用“二合一”网格过渡方法进行网格划分，其中“二合一”网格过渡方法具体为：在加密区与非加密区之间构建m个过渡层，通过逐层放大网格尺寸方式，即每个过渡层的网格单元轴向/径向尺寸是前一层的两倍，实现从高密度网格到低密度网格的逐步过渡；
19、s225、基于设置的非加密区参数，对非加密区进行网格划分；
20、s226、对加密区、过渡区和非加密区的网格进行共节点操作，完成该待划分模型的网格划分，获得第一网格文件。
21、优选的，所述加密区为极靴上的极齿及其对应的密封间隙区域，过渡区为加密区向非加密区过渡的区域，非加密区为加密区和过渡区之外的其余区域；
22、此外，所述加密区参数包括加密区轴向尺寸、加密区网格轴向尺寸、加密区径向尺寸和加密区网格径向尺寸，过渡区参数包括过渡层数，非加密区参数包括非加密区网格轴向尺寸和非加密区网格径向尺寸，其中过渡层数计算公式如下所示：
23、
24、式中，m表示过渡层数，x11表示加密区网格轴向尺寸，x12表示加密区网格径向尺寸，x21表示非加密区网格轴向尺寸，x22表示非加密区网格径向尺寸。
25、优选的，过渡层数和加密区网格轴向数量a11需满足∈偶数，其中a11是结合加密区轴向尺寸与加密区网格轴向尺寸调整获得；同时，过渡层数和加密区网格径向数量a12也需要满足∈偶数，其中a12是结合加密区径向尺寸与加密区网格径向尺寸调整获得。
26、优选的，所述步骤s224具体步骤为：
27、a、将加密区网格轴向尺寸和加密区网格径向尺寸分别放大一倍，作为第一过渡层网格的轴向尺寸和径向尺寸；
28、b、基于步骤a中确定的第一过渡层网格的轴向尺寸和径向尺寸，在加密区外侧划分第一过渡层网格；
29、c、将第一过渡层网格的轴向尺寸和径向尺寸分别放大一倍，作为第二过渡层网格的轴向尺寸和径向尺寸；
30、d、基于步骤c中确定的第二过渡层网格的轴向尺寸和径向尺寸，在第一过渡层外侧划分第二过渡层网格；
31、e、重复步骤c和d，每次都将当前过渡层网格的轴向尺寸和径向尺寸放大一倍，并向外扩展一层新的过渡层网格，直至第m过渡层网格划分完成后停止；
32、f、对m个过渡层的网格进行共节点操作，过渡区的网格划分完成，形成了一个从加密区到外围区域网格密度逐渐降低的平滑过渡区域。
33、优选的，所述过渡层中每个网格由若干个最少具有一个直角的四边形小网格组成，且组成每个网格的若干个小网格可包括多种形状；
34、此外，当前过渡层的网格数量与紧邻其下一层的过渡层网格数量之比为2:1。
35、优选的，所述过渡层中每个网格由2个直角梯形小网格和1个正四边形小网格组成，其中直角梯形的上底的正四边形的边长均与前一层网格尺寸相等，直角梯形的下底与当前层网格尺寸相等，这个3个小网格在网格内包括两种排列方式：①正四边形小网格的左对角线与网格的左对角线下部重合，网格的左对角线上部分别排列着两个直角梯形小网格，且两个直角梯形小网格的斜边与正四边形的左对角线向上的延伸线重合；②正四边形小网格的右对角线与网格的右对角线下部重合，网格的右对角线上部分别排列着两个直角梯形小网格，且两个直角梯形小网格的斜边与正四边形的右对角线向上的延伸线重合；
36、此外，每个过渡层中，网格以两种不同排列形式交替出现；同时，在每个过渡层中，与非加密区接触的两端边界上，均为直角梯形小网格的下底边直接与非加密区的网格边界相连的网格。
37、优选的，所述加密区、过渡区和非加密区均为四边形网格，其中加密区和非加密区为正四边形网格；同时，由于过渡区内存在多个过渡层的渐进影响，非加密区域中与这些过渡层轴向/径向延伸重合的区域中，其网格形状为矩形。
38、优选的，预设的精度指标为目标网格文件中每个网格的雅可比值≥0.6。
39、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
40、1、本发明基于磁性液体密封结构的独特性质与精确的模拟需求，通过精细的区域分块策略，明确区分出对计算精度要求极高的加密区域与相对次要的非加密区域。这一策略有效规避了全局加密带来的庞大计算量，使得计算资源得以合理分配，显著减轻了不必要的计算负担。
41、2、本发明还考虑到加密区和非加密区在网格密度上存在显著差异，直接相连可能会导致网格尺寸突变，在加密区与非加密区的交界处设置了过渡区，并创新地引入“二合一”网格过渡方法，确保了网格密度能够平滑且连续地从高密度区域过渡到低密度区域，同时保持了过渡区域网格的均匀性和良好的几何形态。
1.一种回转轴磁性液体密封结构多尺度高质量网格划分方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种回转轴磁性液体密封结构多尺度高质量网格划分方法，其特征在于，所述密封几何模型理论参数包括转轴的半径，极靴的内径、外径和厚度，密封间隙s，永磁体的内径、外径和厚度，极齿数量，极齿高度h，极齿宽度d1，以及极齿槽宽度d2；
3.根据权利要求2所述的一种回转轴磁性液体密封结构多尺度高质量网格划分方法，其特征在于，所述步骤s22中根据各区域的重要性和计算需求，基于区域分块策略对各区采用了不同的划分策略，其中具体策略为：对于加密区，采用精细网格划分策略，即加密区网格轴向尺寸和加密区网格径向尺寸远小于非加密区网格轴向尺寸和非加密区网格径向尺寸；对于非加密区，采用稀疏网格划分策略，即非加密区网格轴向尺寸和非加密区网格径向尺寸远大于加密区网格轴向尺寸和加密区网格径向尺寸；对于过渡区，采用“二合一”网格过渡方法，即过渡区的网格尺寸在两者之间逐渐过渡；
4.根据权利要求3所述的一种回转轴磁性液体密封结构多尺度高质量网格划分方法，其特征在于，所述加密区为极靴上的极齿及其对应的密封间隙区域，过渡区为加密区向非加密区过渡的区域，非加密区为加密区和过渡区之外的其余区域；
5.根据权利要求4所述的一种回转轴磁性液体密封结构多尺度高质量网格划分方法，其特征在于，过渡层数和加密区网格轴向数量a11需满足其中a11是结合加密区轴向尺寸与加密区网格轴向尺寸调整获得；同时，过渡层数和加密区网格径向数量a12也需要满足其中a12是结合加密区径向尺寸与加密区网格径向尺寸调整获得。
6.根据权利要求5所述的一种回转轴磁性液体密封结构多尺度高质量网格划分方法，其特征在于，所述步骤s224具体步骤为：
7.根据权利要求6所述的一种回转轴磁性液体密封结构多尺度高质量网格划分方法，其特征在于，所述过渡层中每个网格由若干个最少具有一个直角的四边形小网格组成，且组成每个网格的若干个小网格可包括多种形状；
8.根据权利要求7所述的一种回转轴磁性液体密封结构多尺度高质量网格划分方法，其特征在于，所述过渡层中每个网格由2个直角梯形小网格和1个正四边形小网格组成，其中直角梯形的上底的正四边形的边长均与前一层网格尺寸相等，直角梯形的下底与当前层网格尺寸相等，这个3个小网格在网格内包括两种排列方式：①正四边形小网格的左对角线与网格的左对角线下部重合，网格的左对角线上部分别排列着两个直角梯形小网格，且两个直角梯形小网格的斜边与正四边形的左对角线向上的延伸线重合；②正四边形小网格的右对角线与网格的右对角线下部重合，网格的右对角线上部分别排列着两个直角梯形小网格，且两个直角梯形小网格的斜边与正四边形的右对角线向上的延伸线重合；
9.根据权利要求8所述的一种回转轴磁性液体密封结构多尺度高质量网格划分方法，其特征在于，所述加密区、过渡区和非加密区均为四边形网格，其中加密区和非加密区为正四边形网格；同时，由于过渡区内存在多个过渡层的渐进影响，非加密区域中与这些过渡层轴向/径向延伸重合的区域中，其网格形状为矩形。
10.根据权利要求9所述的一种回转轴磁性液体密封结构多尺度高质量网格划分方法，其特征在于，预设的精度指标为目标网格文件中每个网格的雅可比值≥0.6。
