(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111498390.6 (22)申请日 2021.12.09 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610031 四川省成 都市金牛区二环路 北一段111号 (72)发明人 刘志刚　陈龙　胡泽尧　 (74)专利代理 机构 成都信博专利代理有限责任 公司 5120 0 代理人 卓仲阳 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于线性叠加的受电弓刚性接触网系统动 态行为仿真方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于线性叠加的受电弓 刚性接触网系统动态行为仿真方法， 具体为： 基 于有限元方法和多体动力学方法构建 受电弓‑刚 性接触网系统仿真模型； 计算并组装受电弓 ‑刚 性接触网系统切线矩阵， 将切线矩阵线性化， 基 于Newmark‑β假设， 计算恒定广义切线矩阵与广 义载荷恒定分量； 计算单个时间步内， 受电弓弓 头受到单位接触力载荷时的位移增量， 计算单个 时间步内， 刚性接触网在各个接触点位置处受到 单位接触力载荷时的位移增量； 基于线性叠加 法， 迭代求解受电弓 ‑刚性接触网接触力。 本发明 可有效减少受电弓 ‑刚性接触网动力学求解过程 中不必要的迭代 计算过程， 可大幅提高模型求解 效率， 同时保持极高的求 解精度。 权利要求书4页 说明书10页 附图3页 CN 114218828 A 2022.03.22 CN 114218828 A 1.一种基于线性叠加的受电弓刚性接触网系统动态行为仿真方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： 步骤1： 基于有限元方法和多体动力学方法构建受 电弓‑刚性接触网系统动态仿真模 型； 步骤2： 计算并组装受电弓 ‑刚性接触网系统切线矩阵， 将切线矩阵线性化， 基于 Newmark‑β 假设， 计算恒定广义切线矩阵与广义载荷 恒定分量； 步骤3： 计算在各个接触位置处， 单个时间步内， 受电弓和刚性接触网受到单位接触力 载荷和广义载荷 恒定分量时的位移增量； 步骤4： 建立线性化迭代增量方程， 基于线性叠加法， 逐步迭代求解受电弓 ‑刚性接触网 动态接触力。 2.根据权利要求1所述的一种基于线性叠加的受电弓刚性接触网系统动态行为仿真方 法， 其特征在于， 所述 步骤1具体如下： S11： 采用绝对节点坐标ANCF梁单元离散刚性接触网汇流排与接触线， 其质量矩阵MA和 刚度矩阵KA分别为： KA＝KL+KT                              (2) 其中： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114218828 A 2式中， mA为单元质量， E为杨氏弹性模量， A为ANCF梁单元横截面积， I为ANCF梁单元截面 惯性矩， ε为梁单 元轴向应 变， L为单元原长； S12： 采用三维 弹簧单元模拟悬挂结构动态特性， 其刚度矩阵为： 式中， kx、 ky、 kz分别为弹簧单 元在XYZ三个方向上的刚度系数， 其质量矩阵为： 式中， mS为悬挂结构等效质量； S13： 根据单元连接关系， 组装ANCF梁单元与弹簧单元的刚度矩阵与质量矩阵， 得到刚 性接触网整体刚度矩阵与质量矩阵； S14： 基于多体动力学 方法建立受电弓归算质量模型： 式中， m1、 m2、 m3分别为弓头、 上框架和下框架的质量； c1、 c2、 c3分别为弓头、 上框架和下 框架的阻尼； k1、 k2、 k3分别为弓头、 上框架和下框架的刚度； y1、 y2、 y3分别为弓头、 上框架和 下框架的位移； FC和FL分别为弓网接触力和受电弓静态抬升力； S15： 采用罚函数法耦合受电弓与刚性接触网， 初始状态时， 受电弓弓头与接触线高度 相同， 接触力计算公式为： 式中， kC为弓网间接触刚度， ycw为接触线在接触点处位移； 建立受电弓 ‑刚性接触网系统运动学 方程： 式中， 分别为系统整体的速度和加速度向量； M， C分别为系统整体的质量矩阵和 阻尼矩阵； P为系统所受外部载荷向量， 包括接触力载荷； Q为系统整体弹性内力向量， ANCF权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114218828 A 3