技術(shù)特征：

1.一種雙級四滑塊柔性單軌火箭橇垂向動力學(xué)響應(yīng)計算方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下：

第一步：有限元模型的建立，根據(jù)雙級四滑塊單軌火箭橇系統(tǒng)的運動形式特征，即沿鐵軌的航向運動以及因鐵軌不平順產(chǎn)生的垂向抖動，將雙級四滑塊單軌火箭橇系統(tǒng)的運動等效為航向的剛體平動以及垂向的振動，從而構(gòu)造一種5自由度的梁單元模型以描述雙級四滑塊單軌火箭橇系統(tǒng)運動；5自由度中其中一個自由度描述航向剛體平動，另外四個自由度為典型歐拉梁單元，描述垂向振動；再將雙級四滑塊單軌火箭橇系統(tǒng)離散為若干個5自由度梁單元模型，推導(dǎo)出此雙級四滑塊單軌火箭橇系統(tǒng)的動力學(xué)矩陣M、C和K，建立雙級四滑塊單軌火箭橇的有限元模型；

第二步：確定雙級四滑塊單軌火箭橇系統(tǒng)的輸入條件，輸入條件包括雙級四滑塊單軌火箭橇系統(tǒng)運動全程的推力曲線，軌道和火箭滑塊之間的初始間隙，雙級四滑塊單軌火箭橇系統(tǒng)的質(zhì)量分布和剛度分布信息，以及滑塊與軌道碰撞的碰撞剛度-變形曲線和碰撞阻尼-變形曲線；軌道不平順信息為實測得到的軌道各測點高度與基準面高度的差；

第三步：確定雙級四滑塊單軌火箭橇系統(tǒng)在給定不平順鐵軌上的初始條件，包括火箭橇航向位置，航向初速度，各滑塊垂向的初始速度以及初始加速度；雙級四滑塊單軌火箭橇系統(tǒng)由前后兩級火箭發(fā)動機組成，在軌運動時分為初次加速段，二次加速段以及減速段三個階段，需要確定計算總時間t_總、計算時間步長△T、燃料初始質(zhì)量m、二級火箭發(fā)動機脫離時間t_分以及加速段總時間t_加，并設(shè)置當前時刻為T＝0，即初始時刻；

第四步：判斷當前時刻T是否小于加速段時間t_加，若否，則直接跳到下一步；若是，則判斷T是否小于二級火箭發(fā)動機脫離時間t_分，若是，則進行后車質(zhì)量的折減，同時更新總體質(zhì)量矩陣和總質(zhì)量，若否，則后車脫離，前車質(zhì)量進行相應(yīng)折減，更新總體質(zhì)量矩陣和總質(zhì)量；

第五步：由推力曲線獲取當前時刻T的外載荷，由質(zhì)量折減曲線獲得當前T時刻的總質(zhì)量，再根據(jù)Newmark數(shù)值方法，由T時刻航向運動推導(dǎo)得到T+△T時刻航向的航向位移，速度與加速度，為求解T+△T時刻的接觸變形量作準備；

第六步：通過T時刻各個滑塊的航向位移，結(jié)合第二步中的軌道不平順值以及軌道間隙，判斷出滑塊與軌道的接觸狀態(tài)，根據(jù)不同的接觸狀態(tài)分別得到各滑塊當前接觸變形與接觸變形速率，由接觸變形結(jié)合第二步中的碰撞剛度-變形曲線獲得當前時刻的碰撞剛度，結(jié)合第二步中的碰撞阻尼-變形曲線獲得當前時刻的碰撞阻尼，通過非線性接觸力模型計算得到當前時刻T的碰撞接觸力，為第七步的Newmark方法提供載荷條件；

第七步：通過Newmark方法，由第四步更新得到的總質(zhì)量矩陣以及第一步中求得的剛度矩陣和阻尼矩陣結(jié)合T時刻的垂向位移和第六步中得到的T時刻的碰撞接觸力推導(dǎo)得到T+△T時刻的垂向位移、速度以及加速度響應(yīng)；

第八步：令T＝T+△T，判斷T是否小于總時間t_總，若是，則返回第四步繼續(xù)計算，如此循環(huán)，否則結(jié)束計算，最終得到給定總時間t_總內(nèi)各滑塊處的垂向動力學(xué)響應(yīng)的時程曲線，垂向動力學(xué)響應(yīng)包括垂向位移、垂向速度及垂向加速度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙級四滑塊柔性單軌火箭橇垂向動力學(xué)響應(yīng)計算方法，其特征在于：所述第一步中5自由度梁單元中的自由度為兩端節(jié)點的撓度和轉(zhuǎn)角y₁，θ₁，y₂，θ₂以及航向的剛體平動自由度u₁，此5自由度梁單元的動力學(xué)矩陣如下所述：

$K=\frac{EI}{l^3}\left(\begin{array}{ccccc}0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 12& 6l& -12& 6l\\ 0& 6l& 4l^2& -6l& 2l^2\\ 0& -12& -6l& 12& -6l\\ 0& 6l& 2l^2& -6l& 4l^2\end{array}\right),M=\frac{\mathrm{\ρ}Al}{420}\left[\begin{array}{ccccc}420& 0& 0& 0& 0\\ 0& 156& -22l& 54& 13l\\ 0& -22l& 4l^2& -13l& -3l^2\\ 0& 54& -13l& 156& 22l\\ 0& 13l& -3l^2& 22l& 4l^2\end{array}\right]$

C＝αM+βΚ

其中E為箭體彈性模量，I為面積矩，ρ為密度，A為縱截面積，l為單元長度，梁單元的阻尼矩陣采用瑞利阻尼模型；其中α和β為瑞利阻尼系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙級四滑塊柔性單軌火箭橇垂向動力學(xué)響應(yīng)計算方法，其特征在于：所述第二步中，不平順信息包括不平順值和不平順斜率，均是一系列的數(shù)據(jù)點，不平順值和不平順斜率采用線性插值的方法獲得，即：

$s=\frac{(s_{n+1}-s_n)l_1}{L}---\left(4\right)$

$s^{\′}=\frac{s}{l_1}---\left(5\right)$

其中，s為滑塊當前位置的軌道不平順值，s′為滑塊當前位置軌道不平順斜率，s_n+1為滑塊位置后一個軌道監(jiān)測點的監(jiān)測值，s_n為滑塊位置前一個軌道監(jiān)測點的監(jiān)測值，l₁為滑塊位置距離前一個觀測點的長度，L為監(jiān)測點間隔。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙級四滑塊柔性單軌火箭橇垂向動力學(xué)響應(yīng)計算方法，其特征在于：所述第六步中，所述T時刻觸力的計算方法采用非線性接觸力模型，具體過程如下所述：

首先判斷接觸狀態(tài)，接觸狀態(tài)有三種①滑塊與軌道上表面接觸、②滑塊與軌道下表面接觸、③滑塊與軌道不接觸，各種情況下接觸變形計算方法如下所述：

設(shè)滑塊與軌道間隙為d，當前時刻當?shù)剀壍啦黄巾樦禐閥，當前時刻垂向位移為sy；

則當滑塊與軌道上緣接觸時(sy<y-d)，接觸變形量δ為：

δ＝y(tǒng)-sy-d (6)

當滑塊和軌道不接觸時(y-d<sy<y)，接觸變形量δ為：

δ＝0 (7)

當滑塊與軌道下緣接觸時(sy>y)，接觸變形量δ為：

δ＝sy-y (8)；

然后，按照下式的非線性接觸力計算公式計算接觸力：

$F_n=k\left(\mathrm{\&delta;}\right)\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}+c\left(\mathrm{\&delta;}\right)\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}---\left(11\right)$

其中式中，F(xiàn)_n為接觸力，δ和為接觸變形和接觸變形速率，k(δ)和c(δ)分別為接觸剛度和接觸阻尼，他們都是變形量δ的函數(shù)，表征了碰撞行為的非線性特性；在每一時刻，由計算得到的接觸變形量結(jié)合碰撞接觸剛度-變形曲線和碰撞接觸阻尼-變形曲線實時得到當前時刻的碰撞接觸剛度和碰撞接觸阻尼，進而計算當前時刻接觸力，具體過程為：確定當前時刻的接觸變形量δ后，根據(jù)給定的接觸剛度-變形曲線以及接觸阻尼-變形曲線確定當前時刻的接觸剛度k(δ)與接觸阻尼c(δ)，最后將δ、k(δ)和c(δ)代入(11)得到當前時刻接觸力。