(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 202210688704.7 (22)申请日 2022.06.16 (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区正 街174号 (72)发明人 邓兆祥　胡帮良　刘思　 (74)专利代理 机构 重庆纵义天泽知识产权代理 事务所(普通 合伙) 50272 专利代理师 曾娟 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种连续弹性体碰撞力波形的快速修正估 计方法 (57)摘要 本发明涉及机械工程领域， 公开了一种连续 弹性体碰撞力波形的快速修正估计方法。 针对 连 续弹性体碰撞在半周期正弦波形假设下获得的 碰撞力脉冲闭式解峰值与冲量准确而波形及持 续时间误差大的状况， 以弹性小球撞击弹性平板 为基本物理模 型， 结合赫兹接触模 型生成与实际 波形相似的碰撞力脉冲， 然后基于碰撞力脉冲峰 值和冲量不变原则， 对基本物理模 型的碰撞力脉 冲进行比例缩放， 从而获得修正后的连续弹性体 碰撞力脉冲， 其波形及持续时间与真实波形更接 近， 对于提升碰撞振动响应的预测精度意义重 大。 权利要求书1页 说明书6页 附图8页 CN 115099019 A 2022.09.23 CN 115099019 A 1.一种连续弹性体碰撞力波形的快速修正估计方法， 其特征在于： 针对连续弹性体碰 撞在半周期正弦波形假设下获得的碰撞力脉冲闭式解， 以一恒定初速度的弹性小球撞击弹 性平板为基本物理模型， 用赫兹接触力模型来表达碰撞材料副的变形协调关系， 从而获得 到与实际碰撞力波形相似的赫兹接触力波 形， 并以此作为修正连续 弹性体碰撞力脉冲的波 形。 2.根据权利要求1所述的连续弹性体碰撞力波形的快速修正估计方法， 其特征在于： 以 所述半周期正弦波碰撞力脉冲闭式解的峰值和冲量作为依据， 对得到的基本物理模型的赫 兹接触力波形进行缩放， 从而获得修 正后的连续弹性体碰撞力脉冲。 3.根据权利要求2所述的连续弹性体碰撞力波形的快速修正估计方法， 其特征在于： 所 述赫兹接触力波形的缩放准则是保证脉冲峰值和冲量分别等于碰撞力脉冲闭式解的峰值 和冲量， 其具体关系如下： 其中， Fsin为半周期正弦波形碰撞力脉冲， Fsin‑max为力脉冲Fsin的峰值， tsin‑max为力脉冲 Fsin的持续时间。 FHertz为赫兹接触力脉冲， FHertz‑max为力脉冲FHertz的最大值。 Fpre为修正后的 连续弹性体碰撞力脉冲， tpre‑max为力脉冲Fpre的持续时间。 4.根据权利要求3所述的连续弹性体碰撞力波形的快速修正估计方法， 其特征在于： 在 赋予所述小球和平板的材 料属性时， 只需满足材 料对与实际连续弹性体碰撞材 料对相同。 5.根据权利要求4所述的连续弹性体碰撞力波形的快速修正估计方法， 其特征在于： 可 对所述半周期正弦波碰撞力脉冲形状进行 快速修正， 具体实施步骤如下： 步骤一： 针对连续弹性体碰撞副， 建立相同材料对的弹性小球碰撞弹性平板的基本物 理模型； 步骤二： 针对球与板 碰撞的运动副， 建立赫兹接触力模型； 步骤三： 利用赫兹接触力模型建立球板碰撞的动力学方程， 运用非线性方程的数值解 法， 精确求 解某一初始碰撞速度下的碰撞力波形； 步骤四： 根据连续弹性体半周期正弦波碰撞力脉冲闭式解的峰值和冲量不变原则， 对 所述基本物理模型 的碰撞力脉冲波形进行缩放， 即分别对其幅值和持续时间进行缩放， 从 而获得修 正后的连续弹性体碰撞力脉冲。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115099019 A 2一种连续弹性体碰撞力波 形的快速修正估计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及机械工程领域， 具体涉及一种连续弹性体碰撞力波形的快速修正估计 方法。 背景技术 [0002]实际的机械系统往往由于结构刚度不足或装配等问题， 在动态环境或动态工况 下， 间隙较小的地方会出现其局部碰撞或敲击的情形， 并且实际的机械结构本质上都是连 续弹性体， 而预测连续弹性体敲击异响的重点在于， 计算连续弹性体结构的碰撞或敲击振 动响应， 计算带有碰撞等 非线性特征的结构振动响应时， 若采用传统有限元方法， 则将导致 高昂的时间成本。 而一种 快速预测碰撞振动响应的思路是， 充分利用系统的局部非线性特 性， 将敲击运动副孤立出来单独处理， 把敲击力看成连续 弹性体机械结构的二次激励力， 从 而使复杂的机械结构仍然 可以按照线性系统来对待， 利用线性系统求解算法既可实现整个 碰撞系统响应的快速预测。 如中国专利CN202111614142.3， 公开了一种连续弹性体敲击运 动副等效模型及其建模方法， 其将二次激励力用一个等效碰撞力模型来表示， 并假设敲击 力脉冲是半个周期的正弦波， 且分别采用赫兹接触模型和机械结构在敲击接触点的原点传 递函数来表达敲击副材料对的接触力学性质和机械结构在敲击部位的阻抗性质， 从而导出 该非线性等效模型 的输出与输入之间的关系式， 以碰撞初始速度为输入， 便可得到半波正 弦的峰值和频率。 [0003]基于这种假设虽然可以得到较为准确的碰撞力峰值和冲量， 但是其假设的半波正 弦力脉冲波形和实际的力脉冲波形有较大的差异， 力脉冲持续时间与实测值也有较大差 异， 将导致后续碰撞振动响应分析 结果出现较大差异。 发明内容 [0004]本发明意在 提供一种连续弹性体碰撞力波形的快速修正估计方法， 以解决现有技 术中假设的半波正弦力脉冲波 形和实际的力脉冲波形有较大差异的问题， 为提高结构 碰撞 振动响应的分析精度奠定基础。 [0005]为了达到上述目的， 本发明的基础方案如下： 一种连续弹性体碰撞力波形的快速 修正估计方法， 针对连续弹性体碰撞在半周期正弦波形假设下获得的碰撞力脉冲闭式解， 以一恒定初速度的弹性小球撞击弹性平板为基本物理模型， 用赫兹接触力模型来表达碰撞 材料副的变形协调关系， 从而获得与实际碰撞力波形相似的赫兹接触力波形， 并以此取代 假设的半周期正弦波形。 [0006]本发明原理以及有益效果： 采用赫兹接触力模型来表达敲击副材料对的接触力学 性质， 并利用简单的球板碰撞模 型建立动力学方程， 以此来精确求解赫兹接触力脉冲， 根据 小球与平板 碰撞的基本物理模型， 建立的动力学 方程如以下， [0007] [0008]其中说　明　书 1/6 页 3 CN 115099019 A 3