(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210829748.7 (22)申请日 2022.07.15 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114896710 A (43)申请公布日 2022.08.12 (73)专利权人 中国飞机强度研究所 地址 710065 陕西省西安市雁塔区电子二 路86号 (72)发明人 刘小川　王计真　李旭阳　 (74)专利代理 机构 西安创知专利事务所 61213 专利代理师 马凤云 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 17/12(2006.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/28(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 10972647 7 A,2019.0 5.07 CN 101882168 A,2010.1 1.10 CN 107515982 A,2017.12.26 US 2018285 502 A1,2018.10.04 US 201028696 6 A1,2010.1 1.11 刁斌.飞机风挡鸟撞有限元模拟及撞击 影响 分析. 《中国优秀硕士学位 论文全文数据库 工程 科技Ⅱ辑》 .2018,(第3期), 赵国群 等.六面体网格自动划分和再划分 算法. 《机 械工程学报》 .20 06,第42卷(第3期), 审查员 左臣伟 (54)发明名称 用于航空结构冲击分析的接触碰撞分析方 法 (57)摘要 本发明公开了一种用于航空结构冲击分析 的接触碰撞分析方法， 包括步骤： 一、 构建航空结 构有限元模型的接触表面； 二、 确定从节点n接触 的主单元面； 三、 计算从节点n在主单元面S上的 投影点c的局部坐标； 四、 判断从节点n是否穿透 主单元面S； 五、 在从节点n和投影点c之间施加法 向接触力和摩擦力。 本发明将 接触表面的所有主 节点分类放置在各个bucket内， 再进行接触搜 索， 大大减小了接触搜索的计算量， 提高了计算 速度和效率； 随后将投影点局部坐标计算公式转 化为求解一元二次方程组， 从而替代了传统的牛 顿拉普森迭代 算法， 大大增加了投影点局部坐标 计算速度与效率， 实现了一种非迭代的计算方 法， 提升了接触碰撞分析方法的鲁棒 性。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114896710 B 2022.10.28 CN 114896710 B 1.用于航空结构冲击分析的接触碰撞分析 方法， 其特 征在于， 该 方法包括以下步骤： 步骤一、 构建航空结构有限元模型的接触表面； 建立航空结构有限元模型， 对航空结构有限元模型进行网格划分， 所述网格为六面体 网格， 对航空结构有限元模型中的所有六面体网格的表面进行分类， 当一个表面仅为一个 六面体网格的表面时， 则该表 面为外部表面， 反之为内部表 面； 将所有外部表 面连在一起即 构成接触表面； 步骤二、 确定从节点 n接触的主单 元面： 步骤201、 将给定的冲击离散源有限元节点集中的任一个节点记作从节点n， 将外部表 面记作主单元面， 将构成主 单元面的节 点记作主节 点； 在LS‑Dyna中采用基于段的bucket分 类搜索方法， 将接触表 面的所有主节 点分类放置在各个bucket内， 并根据从节 点n的空间位 置确定从节点 n所在的bucket； 步骤202、 采用局部搜索 算法搜索从节点n所在的bucket和与该bucket相邻的bucket中 的主节点， 确定最靠近从节点n的主节点， 并在与最靠近从节点n的主节点有关的所有主单 元面中选择从节点 n接触的主单 元面， 记作主单 元面S； 步骤三、 计算从节点 n在主单元面S上的投影点c的局部坐标： 步骤301、 在自然坐标系的XOY、 XOZ和YOZ三个平面中确定与主单元面S夹角最小的一个 平面记作目标投影平面； 步骤302、 将从节点n在目标投影平面上的投影点的坐标记作 ， 将主单元面S 的四个主节点在目标投影平面上的投影点的坐标记作 ， 其中i为主单元面S的四 个主节点的编号， i=1,2,3,4； 步骤303、 根据公式 ， 计算从节点n在主单元面S上的投影 点c的局部坐标 ； 其中， 为二维几何插值形函数， 为主单元面S上编 号为i的主节点在自然坐标系中的坐标； 步骤四、 根据从节点 n至投影点c的距离 矢量判断从节点 n是否穿透主单 元面S： 当从节点n至投影点c的距离矢量不小于0时， 从节点n没有穿透主单元面S， 即从节点n 没有产生接触碰撞； 当从节点 n至投影点c的距离 矢量小于 0时， 从节点 n穿透主单 元面S， 执 行步骤五； 步骤五、 在从节点n和投影点c之间采用罚函数法施加法向接触力和摩擦力， 并对航空权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114896710 B 2结构有限元模型进行动力学分析； 采用新的投影点局部坐标的求解方法替代了牛顿拉普森迭代算法， 新的求解方法将投 影点局部坐标计算公式转化为求解一元二次方程组， 增加了投影点局部坐标计算速度与效 率， 实现了一种非迭代的计算方法， 提升 了接触碰撞分析 方法的鲁棒 性； 假设与主单元面S夹角最小的一个平面为平面XOY时， ， 步骤303的方程组中消 去 即可得到一个关于 的一元二次方程组， 求解该一元二次方程组， 并根据 得到 的唯一解， 的求解过程类似； 。 2.按照权利要求1所述的用于航空结构冲击分析的接触碰撞分析方法， 其特征在于： 步 骤201中， 基于段的bucket分类搜索方法中， bucket的长度和数量的确定方法为： S1、 获取接触表面的所有主单元面的对角线长度， 令bucket的长度 为所有 主单元面的对角线中最长的对角线长度的1/2； S2、 获取接触表面的所有主单元面的中心点坐标， 筛选得到所有主单元面的中心点坐 标的最大值 、 、 和最小值 、 、 ； 根据公式 ， 计算bucket的数量 ； 其中， 、 、 为bucket在整体坐标系的三个方向上的布种数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114896710 B 3