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龙图腾网获悉广西大学申请的专利一种大跨拱桥-车辆空间耦合动力学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：CN115719009B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-22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：202211660574.2，技术领域涉及：G06F30/20；该发明授权一种大跨拱桥-车辆空间耦合动力学计算方法是由莫帅;陈科任;唐旭;刘文斌设计研发完成，并于2022-12-23向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种大跨拱桥-车辆空间耦合动力学计算方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种大跨拱桥‑车辆空间耦合动力学计算方法，其具体步骤如下：1）定义空间梁单元的局部坐标系、参考坐标系以及全局坐标系；2）构建大跨拱桥空间动力学模型；3）构建车辆振动模型；4）构建路面不平度模型；5）构建大跨拱桥‑车辆空间耦合动力学模型；6）大跨拱桥‑车辆空间耦合动力学计算；有益效果是该方法可避免由平面简支梁理论忽略实际扭转振动以及拱桥结构差异性引起车桥耦合动力学计算准确性的问题，提供一种快速高效的大跨拱桥‑车辆空间耦合动力学理论计算方法，可为车辆、桥梁结构参数优化设计提供技术支撑，服务于工程应用。

本发明授权一种大跨拱桥-车辆空间耦合动力学计算方法在权利要求书中公布了：1.一种大跨拱桥-车辆空间耦合动力学计算方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤1：定义空间梁单元的局部坐标系O-x-y-z、参考坐标系O-x′-y′-z′及全局坐标系局部坐标系与全局坐标系之间的转换矩阵定义为： 式1中，t1为局部坐标系与参考坐标系之间的转换矩阵，定义为式2； 式2中， 式3中，为空间梁单元节点i在全局坐标系下的x、y、z坐标值； t2为参考坐标系到全局坐标系之间的转换矩阵，当空间梁单元的局部坐标系x轴平行于全局坐标系z轴时，定义为式4a，否则定义为4b； 式4中，α为局部坐标系y轴与参考坐标系y′轴之间的夹角； 步骤2：构建大跨拱桥空间动力学模型，采用空间梁单元对大跨拱桥进行网格划分，建立大跨拱桥空间动力学模型，其动力学方程定义为： 式5中，Mb、Cb及Kb为大跨拱桥的质量矩阵、阻尼矩阵及刚度矩阵，xb和Fb表示大跨拱桥的节点位移及节点载荷，∪为有限元标准组装方法，n为空间梁单元数量，β1和β2为瑞丽阻尼系数，和分别为空间梁单元在全局坐标系下的单元位移向量、质量矩阵、刚度矩阵和载荷向量，定义为： 式6中，为空间梁单元在局部坐标系下的节点位移向量，定义为式7；和分别为空间梁单元在局部坐标系下的质量矩阵、刚度矩阵和单元载荷向量，分别定义为式8、式9和式10； 式8中，ρ、A及J分别为空间梁单元的密度、横截面面积及极转动惯量； 式9中，E、Iy及Iz分别为空间梁单元的弹性模量、xz坐标平面内的截面惯性矩、xy坐标平面内的截面惯性矩； 式10中，Rw为路面对车轮的反作用力，Νe为空间梁单元在车轮载荷作用下的形函数，定义为式11； 式11中，d为载荷位置到空间梁单元节点1的距离； 步骤3：构建车辆振动模型，采用集中质量法简化车辆模型，车辆振动包括簧载质量垂直振动xv及俯仰振动θv、前悬非簧载质量垂直振动x1、后悬非簧载质量垂直振动x2、前轮胎质量垂直振动x3、后轮胎质量垂直振动x4，则车辆动力学模型由下式计算： 式12中， 式13中，mv、m1、m2、和mw分别为簧载质量、前悬非簧载质量、后悬非簧载质量和轮胎质量，Jv为簧载俯仰转动惯量，ks1、ks2、kw1和kw2分别为前悬刚度、后悬刚度、前轮刚度和后轮刚度，cs1、cs2、cw1和cw2分别为前悬阻尼、后悬阻尼、前轮胎阻尼和后轮胎阻尼，l1和l2分别为前悬和后悬到簧载质心的距离，Fg1和Fg2分别为车辆自重施加在前轮及后轮的作用力，Rw1和Rw2分别为桥面对前轮及后轮的作用力； 步骤4：构建路面不平度模型，定义为： 式14中，r1和r2分别为前轮和后轮受到的时域相关随机路面激励；v为车辆行驶速度；nq和n0分别为下截止频率和空间参考频率；Gqn0为路面不平度系数；ωt为功率强度为0.5的白噪声；td为前轮到后轮距离与车速的比值； 步骤5：构建大跨拱桥-车辆空间耦合动力学模型，当某车轮行驶于桥面时，车轮垂直位移yw与桥面垂直位移yb关系可表示为： 考虑多车轮作用，则有如下车轮-桥面位移关系： 式16中，a为车辆行驶加速度，Nb为车轮载荷对桥上所有节点形成的形函数矩阵，定义为式17： 式17中，k为车轮载荷数量； r为所有车轮受到的路面激励，定义为式18： 进一步将所述式5及所述式16代入所述式12则有大跨拱桥-车辆空间耦合动力学模型： 式20中， 步骤6：大跨拱桥-车辆空间耦合动力学计算，在MATLAB软件中对步骤4所述的大跨拱桥-车辆空间耦合动力学模型进行程序化，采用Newmark-β法进行求解可输出所有桥梁节点及车辆集中质量的运动位移、速度及加速度。

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