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龙图腾网获悉西南交通大学申请的专利一种受电弓和刚性接触网间三维接触力的精确计算方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115310317B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-17发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210856878.X，技术领域涉及：G06F30/23；该发明授权一种受电弓和刚性接触网间三维接触力的精确计算方法是由刘志刚;陈龙;胡泽尧;储文平设计研发完成，并于2022-07-20向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种受电弓和刚性接触网间三维接触力的精确计算方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种受电弓和刚性接触网间三维接触力的精确计算方法，具体为：采用ANCF梁单元与三维线性杆单元建立刚性接触网有限元模型，采用归算质量块方法建立受电弓模型，构建受电弓‑刚性接触网运动方程；采用中心差分法预测下一时刻受电弓‑刚性接触网系统运动状态，若预测状态为接触，则采用牛顿迭代法求解当前时刻精确的三维接触力；若预测状态为离线，则当前时刻接触力为零；判断是否完成所有时间步的计算，若已完成，则输出弓网接触力序列并结束；若未完成，则更新系统状态，更新迭代时间步索引，返回预测状态判断。本发明可以得到弓网系统精确三维接触力和位移结果，可以有效避免传统罚函数法中接触刚度选取困难和虚拟穿透的问题。

本发明授权一种受电弓和刚性接触网间三维接触力的精确计算方法在权利要求书中公布了：1.一种受电弓和刚性接触网间三维接触力的精确计算方法，其特征在于，包含以下步骤： 步骤1：根据刚性接触网设计参数，采用ANCF梁单元与三维线性杆单元建立刚性接触网有限元模型，根据受电弓参数，采用归算质量块方法建立受电弓模型，构建受电弓-刚性接触网运动方程； S11：采用ANCF梁单元离散刚性接触网汇流排与接触线，其单个单元坐标为： 1 其中， 2 其中，L为单元原长，为单元上从0到L变化的局部变量，，，分别为单元上任意一点在三维空间中的坐标，由下式计算得到： 3 为ANCF单元的形函数，写作： 4 其中为三阶单位矩阵，为： 5 其中 ANCF单元的刚度矩阵和质量矩阵分别为： 6 7 其中， 8 9 式中，为单元的质量，为杨氏弹性模量，为ANCF梁单元横截面积，为ANCF梁单元的截面惯性矩，为梁单元轴向应变； S12：采用三维线性弹簧单元离散悬挂结构，其质量矩阵和刚度矩阵分别为： 10 11 其中，为悬挂结构的等效质量，，，分别为弹簧单元在XYZ三个坐标轴方向上的刚度系数； S13：根据单元连接关系，组装ANCF梁单元与三维弹簧单元的刚度矩阵，构建刚性接触网整体的刚度矩阵与质量矩阵； S14：建立受电弓的归算质量模型，其方程如下： 12 式中，，，分别为弓头、上框架和下框架的质量；，，分别为弓头、上框架和下框架的阻尼；，，分别为弓头、上框架和下框架的刚度；，，分别为弓头、上框架和下框架的位移；和分别为弓网间接触力和受电弓所受静态抬升力； S15：构建受电弓-刚性接触网系统运动学方程如下： 13 式中，，分别为系统整体的加速度和速度向量，，分别为系统整体的质量矩阵和阻尼矩阵；为系统所受外部载荷向量；为系统整体弹性内力向量；ANCF梁单元弹性内力计算公式为： 14 三维线性弹簧单元内力计算方法为： 15 其中，为弹簧单元位移向量； 步骤2：采用中心差分法预测下一时刻受电弓-刚性接触网系统运动状态； S21：基于中心差分假设，计算无接触状态下，受电弓与刚性接触网系统在下一时刻位置，计算公式为： 16 其中，和分别为弓网系统在当前时刻与下一时刻的坐标向量，i为迭代时间步数，表示该变量对应i时刻的状态，在此说明中，设i为当前时刻，为上一时刻，为下一时刻，为迭代时间步长，在初始时刻时，即时，系统上一时刻坐标可用下式计算： 17 其中，为系统初始坐标向量，由刚性接触网离散获得；为系统初始速度，可设为零向量；为系统初始加速度向量，计算公式为： 18 S22：根据弓网系统下一时刻位置，判断下一时刻弓网间接触状态，判断规则为： 19 其中，，是接触约束矩阵，写作： 20 定义受电弓运动方向为前方，反方向为后方，为刚性接触网上处于接触状态的ANCF单元后方的所有的ANCF节点数目，为刚性接触网上所有ANCF节点数目；为正处于接触状态的ANCF单元的形函数矩阵，是用于计算弓头垂向位置的辅助矩阵，写作： 21 若预测状态为“离线”，则当前时刻接触力，下一时刻弓网系统坐标采用式16中计算出的，并转至步骤4；若预测状态为“接触”，转至步骤3； 步骤3：采用牛顿迭代法求解当前时刻精确的三维接触力； 步骤4：判断是否完成所有时间步的弓网接触力计算，若已完成，则输出弓网接触力序列并结束；若未完成，则根据车辆运行速度更新受电弓位置，更新迭代时间步索引，并返回步骤2。

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