随着永磁材料性能的提高,用特殊设计的永磁机构来产生强磁场是一种发展趋势,而对强磁场永磁机构的设计必须建立在对永磁材料磁特性准确模拟的基础之上。永磁魔环是一种特殊的永磁机构,由若干充磁方向均匀变化的永磁块组成。通过合理的尺寸设计,可以在其中心位置的有效空腔内产生超过永磁材料自身剩余磁感应强度几倍的磁场。强磁场永磁魔环的装配是一个很复杂的过程,当磁块运动时,施加到同一磁块上的外部磁场的大小和方向在不断变化,磁块的局部可能出现退磁或饱和现象,即产生所谓的“旋转磁化”,涉及矢量磁滞问题。由于问题的难度较大,对这种外场按任意规律变化的旋转磁化问题的研究尚未见成功的报导。 本文详细研究了外磁场按任意规律变化时各向同性永磁材料特性的数值模拟。针对魔环组装过程的复杂性,本文假设组成魔环的各永磁块按照预定路线装配,利用Fortran语言,通过自编程序将Preisach磁滞模型和有限元分析相结合,实现了对强磁场永磁魔环结构装配过程的数值计算。本文所提出的方法将永磁材料的磁滞回环包括局部回环包含到数学模型中,在合理的假设下考虑了计及磁滞效应的“旋转磁化”。 本文应用上述方法,对两种不同材料(钕铁硼、铝镍钴)构成的永磁魔环在装配过程中的动态磁场进行了数值模拟,并与传统简化方法(如电流片等效法)进行了比较,对我课题组做出的增强型魔环的组装过程也进行了数值计算并和实验结果进行了比较,结果表明,在强磁场情况下,所提出的方法能够更好地模拟永磁材料的实际特性,所编制的计算机程序可以获得较高的计算精度。