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龙图腾网获悉西安电子科技大学;西安现代控制技术研究所申请的专利光纤线包的有限元建模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：CN116205114B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-03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：202310436457.6，技术领域涉及：G06F30/23；该发明授权光纤线包的有限元建模方法是由杨东武;唐培琦;张卓;李明航;李申;张逸群;何永喜;杨癸庚;胡乃岗设计研发完成，并于2023-04-21向国家知识产权局提交的专利申请。

本光纤线包的有限元建模方法在说明书摘要公布了：本发明公开了光纤线包的有限元建模方法，采用等效杆梁组合模型，利用可压不可拉的杆单元来模拟光纤间的接触，将光纤作为复合截面梁单元处理，根据实际线包缠绕情况，模拟实际线包缠绕过程中光纤的张力施加，逐层建模逐层求解，最终完成光纤线包的建模。解决了现有光纤线包建模方法接触单元的求解容易不收敛，无法分析线包内部多匝光纤之间的受力及分布情况的问题，极大的提高了仿真速度，能够直观反应真实的线包缠绕情况并计算其内部应力，进而有效提升工程中工作效率。

本发明授权光纤线包的有限元建模方法在权利要求书中公布了：1.光纤线包的有限元建模方法，其特征在于，采用等效杆梁组合模型，利用可压不可拉的杆单元来模拟光纤间的接触，将光纤作为复合截面梁单元处理，根据实际线包缠绕情况，模拟实际线包缠绕过程中光纤的张力施加，逐层建模逐层求解，最终完成光纤线包的建模； 使用Ansys软件，在柱坐标系中进行光纤模型的建立，线包径向为r，线包周向为θ，线包对称轴方向为z，光纤缠绕遵守左手螺旋规则，四指弯曲方向为光纤绕向，拇指方向为前进方向，光纤起始角度为-40°，螺旋方向为左手螺旋，标准段为-40°到-360°，跨匝段为0°到-40°； 具体按以下步骤实施： 步骤1、在柱坐标系中建立芯筒模型和第一层光纤层模型； 所述步骤1芯筒模型包括在内的碳纤维层和在外的调节层，整体分为中间部分和左右侧凸台，具体建立方法如下： 调节层的建模：调节层采用solid185实体单元建模； 中间部分建模：第一层光纤和底筒的接触采用可压不可拉的杆单元来建立等效接触模型，调节层上节点的排布与第一层光纤节点排布规律一致； 左右侧凸台建模：凸台高出中间部分半个光纤直径，采用杆单元来建模； 碳纤维层的建模，碳纤维层采用shell181壳单元建模：其节点排布与调节层最底层单元节点排布一致，碳纤维层单元建立方法与调节层单元建立方法一致， 碳纤维层和调节层接触建模：碳纤维层和调节层之间设有卡扣，卡扣处接触采用梁单元建模，其余接触位置为杆单元建模； 所述步骤1光纤层模型的建立方法具体如下： 将光纤分为标准段和跨匝段，标准段光纤采用link180单元建模，跨匝段光纤采用beam188单元建模； 生成第一匝标准段节点，所述节点即为光纤截面的中心点，然后根据插值函数确定跨匝段曲线，再将该曲线离散成为跨匝段节点，按此方式建立整层光纤节点，至此一层光纤节点完全建立； 最后对光纤间、光纤与芯筒的接触进行建模，完成光纤层模型的建立； 所述对光纤间、光纤与芯筒的接触进行建模具体操作如下：将光纤间发生的接触分为三种：同层光纤之间的接触；上一层与下一层光纤之间的接触；第一层光纤与调节层的接触，对于这些接触均采用线性单元来模拟接触； 第一层光纤与调节层的接触单元建模，具体分为三种： 1标准段光纤与调节层中间部分的接触采用杆单元，提取已建立光纤的第一层标准段光纤节点，将其沿r向减小光纤半径即可得到芯筒表面与第一层标准段光纤节点相对应的底部边界节点，根据这些节点即可建立第一层光纤标准段与芯筒中间部分的接触单元模型； 2跨匝段光纤与调节层中间部分的接触采用梁单元；提取已建立光纤的第一层跨匝段光纤节点，将其沿r向减小光纤半径即可得到芯筒表面与第一层跨匝段光纤节点相对应的底部边界节点，根据这些节点即可建立第一层光纤跨匝段与芯筒中间部分的接触单元模型； 3第一层光纤与调节层左右侧凸台的接触均为杆单元，分别提取已建立光纤的第一层第一匝和最后一匝的标准圆弧段的节点信息，并将这些节点分别向左、右平移半个光纤直径，构成光纤包与芯筒左侧凸台的左、右边界节点，根据这些节点即可建立光纤包与芯筒左、右侧凸台部分的接触杆单元； 同层光纤间接触建模，将每相邻两匝处于相对位置处的光纤节点连接起来形成同层光纤接触单元； 上一层与下一层光纤之间的接触单元建模，具体分为两种： 1标准段光纤采用杆单元接触建模，将每层与下一层光纤有接触的的光纤节点连接起来形成同层光纤接触单元； 2跨匝段光纤采用梁单元接触建模，根据线包退绕匝数，将层间跨匝退绕段曲线与它之前的光纤之间有关系的节点相连，起始点除外，形成跨匝段梁单元建模，所述退绕匝数根据实际情况确认； 步骤2、对现有光纤层模型施加边界条件与预应力； 步骤3、对步骤2的预应力求解得到芯筒及现有光纤层模型实际应力； 步骤4、更新模型并读入芯筒及现有光纤层模型实际应力； 步骤5、对当前光纤层模型再次施加预应力并求解及输出应力； 步骤6、判断当前光纤层模型是否为最后一层光纤层，若是，则输出并进行数据处理，完成建模，若否，则进入步骤7； 步骤7、建立下一光纤层模型，删除初始预应力，返回步骤2。

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