復(fù)合材料構(gòu)件自動(dòng)鋪絲成型中的路徑生成算法研究.pdf

1、在飛機(jī)上大量使用復(fù)合材料是航空業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的制造技術(shù)之一是先進(jìn)的纖維束自動(dòng)鋪放成型。它在發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛應(yīng)用于大型航空航天復(fù)合材料構(gòu)件的制備，而在國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究尚處于起步階段。CAD/CAM技術(shù)與材料技術(shù)、成型裝備是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鋪放的三大要素。其中，CAD/CAM技術(shù)是重要基礎(chǔ)，在充分掌握其工藝原理的條件下，對(duì)其進(jìn)行先行的研究與探索是十分必要的。在CAD/CAM技術(shù)中，預(yù)定路徑的規(guī)劃與設(shè)計(jì)又是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鋪放的關(guān)鍵技術(shù)之一

2、。將其作為課題進(jìn)行深入研究，對(duì)我國(guó)研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能纖維鋪放設(shè)備具有重要的意義。
　　 本文綜合鋪絲工藝、成型構(gòu)件和各種鋪放條件，并抽象為數(shù)學(xué)模型，借助經(jīng)典微分幾何理論與向量代數(shù)方法，建立路徑曲線(xiàn)方程，進(jìn)而將路徑軌跡的求解問(wèn)題轉(zhuǎn)化為常微分方程的迭代計(jì)算問(wèn)題，利用它精確地表述路徑生成與變化所遵循的基本規(guī)律。
　　 論文的主要研究成果如下：
　　 1.研究分析了鋪絲工藝、曲面外形以及路徑規(guī)劃之間的制約關(guān)系。

3、討論了復(fù)合材料自動(dòng)鋪放設(shè)計(jì)的一般原則；從幾何角度分析了曲面多層鋪放的幾何變化及其對(duì)鋪放的影響，提出了鋪絲工藝要求下的曲面鋪放曲率的極值問(wèn)題；分析并確定了曲面與路徑軌跡的數(shù)學(xué)描述方法。
　　 2.在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)基準(zhǔn)路徑的生成作了深入研究。針對(duì)各種外形的典型構(gòu)件，分別改進(jìn)和提出了截平面法、線(xiàn)面相交法、投影法、插值映射法等多種算法，并編寫(xiě)程序以驗(yàn)證其正確性。
　　 3.開(kāi)展了路徑軌跡在曲面上的密化與覆蓋方法研究

4、?；阡伔殴に囂攸c(diǎn)提出了精確的等距偏移密化算法和快速的近似等距偏移密化算法；基于構(gòu)件加載后的內(nèi)部應(yīng)力特征提出了插值均分密化算法。對(duì)于偏移密化過(guò)程中出現(xiàn)的邊界問(wèn)題和縫隙填補(bǔ)也給出了統(tǒng)一的求解算法。
　　 4.提出了多層鋪放的路徑軌跡生成算法。構(gòu)件的最終成型是纖維束連續(xù)多層、多角度鋪放完成的。本文研究了偏置曲面上曲線(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上結(jié)合相關(guān)層合板的鋪放特征將上述基準(zhǔn)路徑與密化覆蓋方法推廣至多層曲面，為實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的多層鋪放提供了必