[发明专利]一种车轮沙石路面仿真中接触对的搜索方法、设备及介质

权利要求书

1.一种车轮沙石路面仿真中接触对的搜索方法，其特征在于，包括步骤：

S1、通过离散元及有限元方法分别得到沙石路面模型和车轮模型并进行接触耦合；

S2、控制车轮模型在沙石路面模型上以一定速度开始行驶；

S3、确定动态接触区域内离散元编号；

S4、确定动态接触区域内有限元接触面编号；

S5、确定动态接触区域内离散元及有限元接触对；

S6、按照预设的时间步长重复执行步骤S3～步骤S5执行动态接触区域信息更新；

S7、更新结束则输出参与接触的离散元与有限元接触对的信息。

2.根据权利要求1所述的搜索方法，其特征在于，步骤S1中，通过离散元及有限元方法分别得到沙石路面模型和车轮模型并进行接触耦合具体是：

采用球形离散元描述一定空间尺寸内的沙石路面模型并记录所有离散元单元信息；该沙石路面模型中球形离散元半径按给定范围随机变化，球形离散元单元在自重力作用下压实达到稳定状态，从而形成自然状态下的稳定的颗粒状沙石路面，其中沙石路面底部及四周由固定的刚性墙约束；采用实体有限元描述所述车轮模型并记录车轮模型中有限元信息；

定义所述车轮模型的表面被为接触面，当离散元与接触面发生接触时会产生相应接触对，通过计算该动态接触区域内的离散元及有限元接触力即可获得车轮模型与沙石路面模型的相互作用力。

3.根据权利要求2所述的搜索方法，其特征在于，所述的离散元单元信息包括材料编号、单元编号、单元力学信息、单元质量及单元半径。

4.根据权利要求2所述的搜索方法，其特征在于，所述有限元信息包括材料编号、部件编号、节点编号、节点坐标及节点约束条件、速度、加速度及位移。

5.根据权利要求1所述的搜索方法，其特征在于，步骤S2中，所述动态接触区域为车轮模型贴近沙石路面模型的一侧，所述动态接触区域以车轮质心为基点建立，并包围车轮表面，所述动态接触区域的半径由车轮模型半径与该沙石路面模型中离散元最大半径确定，仿真过程中所述动态接触区域的空间尺寸大小不变，仅随着车轮模型的质心移动而移动。

6.根据权利要求5所述的搜索方法，其特征在于，所述动态接触区域具体通过如下方式确定：

其中R_tire为车轮半径；R_demax为模型中离散元的最大半径；D_tire为车轮宽度；θ为动态接触区域的扩展角度，大小可根据具体情况适当选取，θ一旦确定计算过程中不再变化；D为动态接触区域沿车轮宽度方向的扩展宽度；R_s为以质心O为中心的动态接触区域的扩展半径。

7.根据权利要求6所述的搜索方法，其特征在于，步骤S3中，确定动态接触区域内离散元时，需记录在该动态接触区域内的离散元编号，其中该动态接触区域内的离散元编号可由下式确定，满足则记录该离散元编号：

其中，(x_o,y_o,z_o)为轮胎质心坐标，(x_i,y_i,z_i)为第i个离散元的质心坐标。

8.根据权利要求7所述的搜索方法，其特征在于，步骤S4中，确定动态接触区域内有限元接触面时，所述动态接触区域内的有限元接触面由以下公式确定，满足则记录该有限元接触面编号：

min(z_j1,z_j2,z_j3,z_j4)≤z_o-R_s·cosθ

其中，z_j1,z_j2,z_j3,z_j4为第j个有限元接触面上四个节点的Z方向坐标。