[发明专利]一种橇-轨关系耦合的火箭橇凿削效应分析方法

权利要求书

1.一种橇-轨关系耦合的火箭橇凿削效应分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对火箭橇橇体和滑轨进行三维建模，确定橇体与滑轨间的位置关系，简化橇体，得到简化橇体-滑轨耦合三维模型，具体如下：

通过三维设计软件对火箭橇橇体和滑轨进行建模，将建好的橇体模型对称放置于滑轨模型上，滑靴的上滑块自由面紧贴滑轨上表面，然后根据靴轨间隙、气动力、轨道不平顺度条件对实际运行过程中橇体沿x、y、z三个方向轴的旋转角度进行计算，按照计算结果对橇体进行旋转，使橇体表现出滚转、俯仰和偏转三种不同的运动姿态；维持橇体与滑轨的位置关系不变，将橇体横梁、发动机、卡环、加筋梁、螺栓零部件删除，只保留滑靴与纵梁结构，得到简化橇体-滑轨耦合三维模型；

步骤2：将步骤1中建立的简化橇体-滑轨耦合三维模型导入有限元软件，分别对橇体和滑轨进行网格划分，网格形式为八节点六面体单元，提取模型的节点编号以及节点坐标，单元编号以及单元对应的节点编号；

步骤3：将简化橇体-滑轨耦合三维模型离散为一系列带有质量的物质点；

简化橇体-滑轨耦合三维模型被八节点六面体单元分成若干个区域，以每个单元的节点为物质点对每个区域进行离散，根据模型的节点信息和单元信息得到模型的物质点信息；

物质点的空间坐标I_M＝(x_M,y_M,z_M)等于单元节点的空间坐标I_N＝(x_N,y_N,z_N)；

物质点质量等于单元节点质量，通过对角化的方法将单元协调质量矩阵M^e转换为单元集中质量矩阵

式中，n_e为单元节点数；单元协调质量矩阵其中V_e为单元体积，ρ为质量密度，N为插值函数；

求得各物质点质量后，利用Dirac Delta函数表示物质点离散后的连续体密度：

式中，δ为Dirac Delta函数；

步骤4：采用更新拉格朗日格式运动描述方法建立火箭橇凿削计算的控制方程；

当火箭橇凿削计算采用更新拉格朗日格式时，不考虑热量交换，控制方程包括质量守恒方程、动量方程、能量方程、本构关系、几何方程、边界条件和初始条件；

步骤5：采用显示时间积分方法更新背景网格，背景网格为8结点网格，通过形函数实现离散简化橇体-滑轨耦合三维模型的物质点和背景网格结点之间的信息映射，MPM3D软件导入步骤3中的模型物质点信息，采用步骤4中的控制方程，完成火箭橇凿削现象分析。

2.根据权利要求1所述的一种橇-轨关系耦合的火箭橇凿削效应分析方法，其特征在于，所述质量守恒方程为：

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3.根据权利要求1所述的一种橇-轨关系耦合的火箭橇凿削效应分析方法，其特征在于，所述动量方程为：

式中，σ_ij为柯西应力；b_i为作用于物体的单位质量上的体力，为加速度。

4.根据权利要求1所述的一种橇-轨关系耦合的火箭橇凿削效应分析方法，其特征在于，所述能量方程为：

式中，ε_ij为应变张量。

5.根据权利要求1所述的一种橇-轨关系耦合的火箭橇凿削效应分析方法，其特征在于，所述本构关系为：

6.根据权利要求1所述的一种橇-轨关系耦合的火箭橇凿削效应分析方法，其特征在于，所述几何方程为：

7.根据权利要求1所述的一种橇-轨关系耦合的火箭橇凿削效应分析方法，其特征在于，所述边界条件为：

式中，Γ_t和Γ_u分别为给定面力边界和给定位移边界，n_j为边界的外法线单位向量。