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龙图腾网获悉中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所申请的专利一种基于双向耦合的雪崩冲击防护结构数值模拟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：CN121093720B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-27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：202511658822.3，技术领域涉及：G06F30/23；该发明授权一种基于双向耦合的雪崩冲击防护结构数值模拟方法是由郭立平;姜元俊;何思明;李新坡;刘威;于潇;简继皓;唐雄设计研发完成，并于2025-11-13向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于双向耦合的雪崩冲击防护结构数值模拟方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于双向耦合的雪崩冲击防护结构数值模拟方法，涉及山地灾害防护技术领域，包括：雪崩物源建模与初始化：采用离散元理论模拟雪崩过程，实现雪崩灾害从启动到运动再到冲击防护结构的全过程动力学模拟与重现；防护结构建模与参数设定：基于通用有限元模拟平台对雪崩防护结构进行建模；离散元‑有限元接触耦合设定：求解单元应力、应变数据；数值模拟控制与求解；冲击响应提取与结果分析：对结构响应与冲击特征进行系统性分析，以评估结构在雪崩冲击作用下的动力性能与安全裕度；本发明可用于预测雪崩灾害对下游结构物的冲击效应，并为防护结构的设计与性能评估提供理论依据和技术支持。

本发明授权一种基于双向耦合的雪崩冲击防护结构数值模拟方法在权利要求书中公布了：1.一种基于双向耦合的雪崩冲击防护结构数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、雪崩物源建模与初始化：采用离散元理论模拟雪崩过程，首先获取雪崩颗粒的基本物理参数；然后通过随机颗粒生成与填充算法，在几何边界内初始化颗粒群；设置初始速度场，或由坡面重力驱动形成速度场，实现雪崩灾害从启动到运动再到冲击防护结构的全过程动力学模拟与重现； 步骤2、防护结构建模与参数设定：基于非线性有限元法对雪崩防护结构进行建模，针对不同类型的结构部件，选择适当的实体单元、壳单元、梁单元、索单元划分网格，建立有限元模型，并根据结构特性分别设置不同部件的材料参数、接触参数及边界约束条件； 步骤3、雪崩冲击防护结构双向耦合设定：通过离散单元与有限单元之间的冲击接触算法实现雪崩与防护结构之间的双向耦合分析；通过捕捉颗粒位移、速度、加速度，实时更新雪颗粒位置；同时，通过动力学方程更新有限单元节点位置及运动信息，结合搜索算法建立雪颗粒防护结构接触关系；在此基础上，通过离散元、有限元接触位置的物理特性与接触参数，更新雪崩颗粒、防护结构之间的接触力，更新接触状态，实现雪崩与防护结构之间的双向耦合； 在步骤3中，离散元与有限元的接触耦合通过基于罚函数的接触算法实现；基于全局搜索算法，当离散元颗粒与有限单元表面发生穿透时，法向接触力表示为： ； 其中，为离散元与有限元之间的穿透深度，为接触刚度，为接触阻尼系数，为接触节点的相对速度； 为保证数值稳定性与物理精度，通过比较离散元与有限元之间基于单元的刚度与基于稳定性的刚度来确定接触界面的等效刚度𝑘，如下式： ； 其中，基于单元的刚度𝑘e由材料参数和单元特征确定： ； 其中，为罚刚度因子，为体积模量，为接触区面积，为实体单元体积，为壳单元特征长度； 基于稳定性的刚度与节点有效质量及整体时间步长相关： 其中，为有效节点质量；有效节点质量取两相互作用节点质量的较小值： 有效角频率的计算公式为： 考虑离散元与有限元之间的库仑摩擦，则切向接触力与法向接触力的关系表示为： ； 其中，摩擦系数根据离散元颗粒与有限元节点的相对速度进行指数插值，以模拟静摩擦与动摩擦之间的平滑过渡： ； 其中，为常数，控制摩擦系数的过渡速率；当时，摩擦系数恒等于静摩擦系数； 步骤4、数值模拟控制与求解：设定积分时间步长，步长范围满足稳定性条件，模拟总时长依据实际雪崩冲击持续时间进行设定；在模拟过程中，开启能量输出功能，记录和监测冲击动能、结构内能、滑移能、阻尼能关键能量项的变化，用以评估雪崩颗粒与结构之间的能量转换过程和冲击破坏风险，采用显式时间积分方法进行求解，连续输出每一时间步结构的应力、应变、位移的响应变量，并用于后续的损伤评估、结构性能分析与优化设计； 步骤5、冲击响应提取与结果分析：完成计算模拟后，提取雪崩冲击防护结构体系的关键响应指标，包括结构最大冲击力、变形响应、能量吸收率、节点加速度及应力集中区域分布；对雪崩颗粒的速度场、冲击频率分布及接触力时程进行分析，识别雪崩主要冲击区；结合有限元结果，建立防护结构局部与整体响应时程，分析不同结构部件的受力特征与破坏模式。

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