(19)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 202210669022.1 (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 张峰　王玮玥　侯欣婷　程磊　 张佳佳　杜睿捷　李兵强　 (74)专利代理 机构 西安凯多 思知识产权代理事 务所(普通 合伙) 61290 专利代理师 刘新琼 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种双侧激励异步打击下电脉冲 除冰模拟 方法 (57)摘要 本发明涉及一种双侧激励异步打击下电脉 冲除冰模拟方法， 属于近场动力学和冲击问题领 域。 首先将飞机电脉冲除冰结构 模型离散成一系 列包含物理信息的物质点根据近场动力学线性 化理论得出各项基本参数， 在此基础上进行计算 求解； 将飞机电脉冲除冰的动态失效过程分为若 干时间步进行计算， 对每个增量步采用Verlet积 分法迭代计算； 并计算物质点的受力和位移情 况， 选用临界伸长率准则判定物质点对的断裂与 否， 统计近场范围内的物质点对断裂情况得到损 伤值， 基于损伤数值显示结构 的失效破坏情况。 该方法能够直接进行不连续问题 求解， 模拟冰层 裂纹的起裂和扩展过程， 从而实现了运用近场动 力学求解冰层裂纹起裂和扩 展问题。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115130285 A 2022.09.30 CN 115130285 A 1.一种双侧激励异步打击下飞机电脉冲除冰 模拟方法， 其特 征在于步骤如下： 步骤1： 建立飞机电脉冲除冰结构模型， 确定各 材料区域并赋予相应材 料属性； 步骤2： 将建立的实体模型进行离散化， 得到一系列包含物理信息的物质点， 并生成物 质点的空间坐标矩阵； 步骤3： 初始化物质点的信息， 读取初始边界条件， 并对物质点施加力边界条件； 步骤4： 将物质点键分为两类， 定义与界面垂直的键为界面拉伸键， 与界面不垂直的为 界面剪切键 。 两种键的键常数相同， 均由串联混合键模型确定； 步骤5： 采用Verlet积分法， 对所述飞机电脉冲除冰模型计算求解， 获得物质点速度和 位移， 实现双侧激励异步打击下飞机电脉冲除冰 破坏过程的近场动力学仿真； 步骤6： 修 正双材料物质点对间变形， 更新物质点力状态、 位移等力学变量； 步骤7： 判断物质点对断裂破坏情况， 直至所有物质点计算结束， 根据最终的损伤情况 统计判断双侧激励异步打击下飞机电脉冲除冰过程中冰层的失效破坏 情况。 2.根据权利要求1所述的双侧激励异步打击下飞机电脉冲除冰模拟方法， 其特征在于， 需要对模型进 行处理， 首先将飞机电脉冲除冰 结构模型离散成一系列包含物理信息的物质 点， 设定预设的近场作用范围， 形成所有物质点的邻域矩阵。 3.根据权利要求1所述的双侧激励异步打击下飞机电脉冲除冰模拟方法， 其特征在于， 所述计算区域的离散具体包括， 按照标准有限元方法对几何模型进行网格划分， 采用六面 体单元生成三维网格模型， 要求单元划分均匀 一致， 将每一个网格所代表的空间体积集中 到其形心处， 从而将模型随机离散成有限数量的带有一定物性信息的空间物质点， 并生成 物质点的空间坐标矩阵。 4.根据权利要求1所述的双侧激励异步打击下飞机电脉冲除冰模拟方法， 其特征在于， 位移边界条件和速度边界条件通过对物质点位置信息直接赋值给定， 力边界条件转化为力 密度条件施加； 力边界条件施加包括： 将荷载转换为体力密度施加在物质点上， 用于施加外荷载的材 料边界层的范围应当尽量接 近边界， 深度尽可能小。 5.根据权利要求1所述的双侧激励异步打击下飞机电脉冲除冰模拟方法， 其特征在于， 将物质点键 分为两类， 与界面垂 直的键为界面拉伸键， 与界面不垂直的为界面剪切键； 两种 键的键常数相同， 均由串联混合键模型确定， 两种键的临界伸长率表示 为： 其中： SS为界面剪切键的临界伸长率， St为界面拉伸键的临界伸长率， c为冰 ‑铝键的键 常数， υc(j)为体积修 正数， Gs为剪切破坏的断裂能， Gt为拉伸破坏的断裂能。 6.根据权利要求1所述的双侧激励异步打击下飞机电脉冲除冰模拟方法， 其特征在于， 所述飞机电脉冲除冰结构本构模型表示如下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115130285 A 2其中， ρ 表示材料密度， u和 分别表示物质点x的位移和加速度， Hx表示物质点x ′的近场 范围， b表示体积力密度， t表示当前时刻， x ′和u′分别表示物质点x ′近场范围Hx内任一点的 物质点及 其位移， dVx表示物质点x处的体积微元， f表示物质点x ′作用在物质点x上矢量力， cA为冰的键常数， cB为铝的键常数， lA为冰键的原长， lB为铝键的原长， l 为串联键的原长 。 7.根据权利要求1所述的双侧激励异步打击下飞机电脉冲除冰模拟方法， 其特征在于， 步骤7中， 根据临界伸长率 准则判断物质点对断裂破坏 情况 s＝(| η+ξ| ‑| ξ|)/| ξ| 其中， ξ为参考构形中两物质点间的相对位置； η为两物质点间的相对位移量， s为物质 点对的相 对伸长率， μ( ξ, η,t)为间断函数， 上式表示物质点对间的距离的相 对伸长量达到 临界伸长率s0时， 物质点对即发生断裂， 断裂后的物质点对间不再产生联系和变形。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115130285 A 3