(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 202111499023.8 (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 舒启龙 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) B60M 1/13(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于绝对节点坐标及附加约束法的刚性接 触网建模方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于绝对节点坐标及附 加约束法的刚性接触网建模 方法， 将刚性接触网 结构离散为单元和节点， 采用ANC F单元模拟汇流 排和接触线， 用弹簧单元模拟悬挂结构， 根据单 元连接关系， 计算并组装系统刚度矩阵、 切线矩 阵以及节 点力不平衡向量， 以节 点坐标和弹簧单 元原长为未知量， 构建系统增量平衡方程， 根据 定位点坐标设计要求， 对系统增量平衡方程施加 附加约束， 采用牛顿迭代法精确求解刚性接触网 的初始形态。 本发明能精确计算刚性接触网的初 始形态， 适用于三维空间内刚性接触网精确建模 问题； 克服了传统刚性接触网建模中， 接触网初 始形态不准确的问题， 使 得刚性接触网模型更精 确， 避免了初始形态不准确导致的后续动力学仿 真结果偏差 。 权利要求书4页 说明书10页 附图4页 CN 114218699 A 2022.03.22 CN 114218699 A 1.一种基于绝对节点坐标及附加约束法的刚性接触网建模方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 步骤1： 根据刚性接触网空间布置， 以一定的间隔将汇流排和接触线离散为ANCF单元， 悬挂结构离 散为三维空间XYZ坐标轴方向上的弹簧单 元； 步骤2： 根据单元连接关系， 计算并组装刚性接触网系统刚度矩阵、 切线矩阵及节点力 不平衡向量， 以节点 坐标和弹簧单 元原长为未知量， 构建系统增量平衡方程； 步骤3： 根据定位点坐标设计值， 对系统增量平衡方程施加附加约束， 采用牛顿迭代法 精确求解刚性接触网初始 平衡态； 步骤4： 删去步骤3 中施加的附加约束， 并将步骤3中计算出的弹簧单元原长作为已知量 代入模型， 获得刚性接触网精确模型。 2.根据权利要求1所述的一种基于绝对节点坐标及附加约束法的刚性接触网建模方 法， 其特征在于， 所述 步骤1具体如下： S11： 按照刚性接触网实际空间布置， 以一定 间隔将汇流排和接触线离散为ANCF单元和 节点， 三维空间内ANCF 单元坐标表达式为： e＝[e1 e2 e3 e4 e5 e6 e7 e8 e9 e10 e11 e12]T     (1) 式中： 其中， L0为ANCF单元原长， x为单元上从0到L0变化的局部变量， r1、 r2、 r3分别为单元上任 意一点在三维空间中的坐标； 刚性接触网所有悬挂定位点处均分配一个节点， 为保证此处 坐标连续且可导， 此类节点的偏导 坐标采用其两端单 元在此处的偏导 坐标的平均值； S12： 将悬挂结构离散为三维空间XYZ坐标轴方向上的弹簧单元， 此单元具有两个节点， 其中一个节点为刚性接触网上悬挂定位点， 另一个节点则固定在全局 坐标系上， 其节点坐 标固定， 不 参与计算； 因此， 弹簧单 元坐标向量 为： u＝[u1 u2 u3]T            (3) 其中， u1、 u2、 u3分别为刚性接触 网上悬挂定位点在三维空间坐标系下的坐标； 在初始离 散时， 所有弹簧单 元的位移向量均设为 零向量。 3.根据权利要求2所述的一种基于绝对节点坐标及附加约束法的刚性接触网建模方 法， 其特征在于， 所述 步骤2具体如下： S21： 计算单 元刚度矩阵， ANCF 单元刚度矩阵为： KA＝KL+KT                (4) 式中：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114218699 A 2式中， 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； 弹簧单元刚度矩阵为： 其中， kx、 ky、 kz分别为弹簧单 元在XYZ三个方向上的刚度系数； S22： 根据各 单元的连接关系， 组装单 元刚度矩阵， 得到系统整体刚度矩阵； S23： 计算单 元切线矩阵， ANCF 单元切线矩阵为： 将弹簧单 元原长设为未知量， 则弹簧单 元切线矩阵为： 式中： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114218699 A 3