發(fā)布時(shí)間：2020-12-11 22:34

　　鋪放軌跡設(shè)計(jì)是控制自動(dòng)鋪絲工藝質(zhì)量的關(guān)鍵,為進(jìn)一步提高復(fù)雜類回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料構(gòu)件軌跡鋪放質(zhì)量,提出以類回轉(zhuǎn)構(gòu)件的形心曲線為基準(zhǔn)參考線,綜合考慮角度偏差、軌跡間距及軌跡測地曲率的多目標(biāo)軌跡規(guī)劃算法。根據(jù)絲束寬度、絲束數(shù)量等工藝參數(shù)生成滿足工藝要求的基準(zhǔn)軌跡,通過對基準(zhǔn)軌跡偏移生成偏移軌跡并對其進(jìn)行局部調(diào)整和全局優(yōu)化,設(shè)計(jì)其他軌跡。最后以Visual Studio 2010為開發(fā)平臺,利用CATIA Automation技術(shù)開發(fā)了復(fù)雜類回轉(zhuǎn)體鋪放軟件,并在復(fù)雜類回轉(zhuǎn)體曲面上進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果證明了該算法的有效性。 

【文章來源】：復(fù)合材料科學(xué)與工程. 2020年06期 第30-34頁 北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

切片環(huán)

復(fù)合材料因其優(yōu)良的綜合性能和減重優(yōu)勢被廣泛地應(yīng)用在航空航天等軍事領(lǐng)域中,支撐復(fù)合材料大量使用的自動(dòng)鋪絲技術(shù)功不可沒[1-3]。自動(dòng)鋪絲技術(shù)作為目前復(fù)合材料自動(dòng)化成型的主要技術(shù)之一,因其克服了自動(dòng)鋪帶和纖維纏繞技術(shù)的缺點(diǎn),特別適合大型復(fù)雜復(fù)合材料構(gòu)件的鋪放,如機(jī)身、翼身融合體、S進(jìn)氣道等[4,5]。如圖1所示,自動(dòng)鋪絲基本原理是鋪絲頭沿著預(yù)先規(guī)劃的鋪放路徑將由多根預(yù)浸絲束匯集而成且寬度可變的預(yù)浸帶經(jīng)加熱系統(tǒng)加熱和壓輥壓實(shí)鋪放在模具表面,鋪放路徑規(guī)劃合理與否直接影響最終制件的質(zhì)量。軌跡規(guī)劃技術(shù)是自動(dòng)鋪絲的關(guān)鍵技術(shù)之一,國外學(xué)者早在20世紀(jì)90年代就已對其展開了研究,目前已推出了商用的自動(dòng)鋪絲軟件系統(tǒng),如美國CGTech公司推出的VERICUT Composite Programming and Simulation,分為編程模塊和模擬模塊;法國Coriolis公司開發(fā)的CADFiber軟件系統(tǒng);美國Cincinnati公司開發(fā)的ACES編程系統(tǒng)等。國外軟件均具有軌跡設(shè)計(jì)及優(yōu)化、后置處理、鋪放過程仿真和控制代碼生成等功能,經(jīng)過多年發(fā)展已經(jīng)非常成熟且已廣泛應(yīng)用在航空航天復(fù)材件的制造中。由于國內(nèi)自動(dòng)鋪絲技術(shù)起步較晚,目前尚未形成商用的自動(dòng)鋪絲CAD/CAM軟件,以南京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)、西安交通大學(xué)等高校為代表的實(shí)驗(yàn)室對軌跡規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行了大量研究和積極探索[6-12],提出了固定角度法、等距螺旋法、投影法、平行等距法等一系列軌跡規(guī)劃算法。這些算法對于簡單曲面具有較好的效果,然而對復(fù)雜類回轉(zhuǎn)體不具有適用性。其中部分算法著重保證每條基準(zhǔn)軌跡的角度精度,如固定角法;另一部分算法則主要保證每條基準(zhǔn)軌跡間的距離,如平行等距法。更重要的是,上述算法均未考慮軌跡的曲率問題,即鋪放軌跡的測地曲率半徑小于由預(yù)浸料帶寬計(jì)算得到鋪放軌跡允許的最大測地曲率半徑。對于凸曲面表現(xiàn)為絲束滑移,見圖2(a),絲束滑移與預(yù)浸絲束偏離鋪層設(shè)計(jì)方向?qū)е麓罱�、縫隙等缺陷,極大地降低了制件的力學(xué)性能。而凹曲面則為架橋,見圖2(b),由絲束架橋產(chǎn)生的孔隙嚴(yán)重影響制件的最終性能。

軌跡規(guī)劃技術(shù)是自動(dòng)鋪絲的關(guān)鍵技術(shù)之一,國外學(xué)者早在20世紀(jì)90年代就已對其展開了研究,目前已推出了商用的自動(dòng)鋪絲軟件系統(tǒng),如美國CGTech公司推出的VERICUT Composite Programming and Simulation,分為編程模塊和模擬模塊;法國Coriolis公司開發(fā)的CADFiber軟件系統(tǒng);美國Cincinnati公司開發(fā)的ACES編程系統(tǒng)等。國外軟件均具有軌跡設(shè)計(jì)及優(yōu)化、后置處理、鋪放過程仿真和控制代碼生成等功能,經(jīng)過多年發(fā)展已經(jīng)非常成熟且已廣泛應(yīng)用在航空航天復(fù)材件的制造中。由于國內(nèi)自動(dòng)鋪絲技術(shù)起步較晚,目前尚未形成商用的自動(dòng)鋪絲CAD/CAM軟件,以南京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)、西安交通大學(xué)等高校為代表的實(shí)驗(yàn)室對軌跡規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行了大量研究和積極探索[6-12],提出了固定角度法、等距螺旋法、投影法、平行等距法等一系列軌跡規(guī)劃算法。這些算法對于簡單曲面具有較好的效果,然而對復(fù)雜類回轉(zhuǎn)體不具有適用性。其中部分算法著重保證每條基準(zhǔn)軌跡的角度精度,如固定角法;另一部分算法則主要保證每條基準(zhǔn)軌跡間的距離,如平行等距法。更重要的是,上述算法均未考慮軌跡的曲率問題,即鋪放軌跡的測地曲率半徑小于由預(yù)浸料帶寬計(jì)算得到鋪放軌跡允許的最大測地曲率半徑。對于凸曲面表現(xiàn)為絲束滑移,見圖2(a),絲束滑移與預(yù)浸絲束偏離鋪層設(shè)計(jì)方向?qū)е麓罱�、縫隙等缺陷,極大地降低了制件的力學(xué)性能。而凹曲面則為架橋,見圖2(b),由絲束架橋產(chǎn)生的孔隙嚴(yán)重影響制件的最終性能。針對上述問題,本文提出了綜合考慮鋪放角度、軌跡間距及軌跡曲率的軌跡規(guī)劃算法,在保證軌跡曲率的前提下,同時(shí)使軌跡角度和絲束間距滿足要求,以進(jìn)一步提高鋪放質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]先進(jìn)復(fù)合材料自動(dòng)鋪絲技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 張小輝,朱玉祥,張少秋,陳波,支勉,段玉崗.  航空制造技術(shù). 2018(07)
[2]圓錐面等測地曲率曲線的軌跡規(guī)劃方法[J]. 劉永佼,王顯峰,肖軍.  航空學(xué)報(bào). 2017(07)
[3]復(fù)雜曲面自動(dòng)鋪絲軌跡規(guī)劃算法設(shè)計(jì)[J]. 孟書云,趙東標(biāo),陸永華.  中國機(jī)械工程. 2016(05)
[4]基于變角度算法的復(fù)合材料翼梁自動(dòng)鋪絲[J]. 方宜武,王顯峰,肖軍,馬丁,黃威.  航空制造技術(shù). 2014(16)
[5]基于遍歷法的開放曲面鋪絲軌跡規(guī)劃[J]. 胡斌,徐東亮.  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2014(06)
[6]網(wǎng)格化曲面的固定角度鋪絲軌跡規(guī)劃算法[J]. 李俊斐,王顯峰,肖軍,熊文磊.  計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào). 2013(09)
[7]熱塑性復(fù)合材料纖維鋪放工藝的研究進(jìn)展[J]. 韓振宇,李玥華,富宏亞,邵忠喜.  材料工程. 2012(02)
[8]基于網(wǎng)格化曲面的自適應(yīng)自動(dòng)鋪放軌跡算法[J]. 熊文磊,肖軍,王顯峰,李俊斐,黃志軍.  航空學(xué)報(bào). 2013(02)
[9]樹脂基復(fù)合材料自動(dòng)鋪放技術(shù)進(jìn)展[J]. 肖軍,李勇,文立偉,齊俊偉,王顯峰.  中國材料進(jìn)展. 2009(06)
[10]自動(dòng)鋪放技術(shù)在大型飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件制造中的應(yīng)用[J]. 肖軍,李勇,李建龍.  航空制造技術(shù). 2008(01)



本文編號：2911335