基于结构设计的开孔曲面自调节铺丝轨迹规划算法研究

摘要

自动铺丝轨迹规划作为复合材料自动铺丝技术（AFP）的基础环节之一，对铺放质量、生产效率、材料利用率、制造成本有着重大的影响，并直接决定着成型构件的性能。本文以改善自动铺丝过程的铺放工艺性和解决开孔曲面轨迹规划问题为目标，开展了相关研究。
　　首先，提出一种自动铺丝轨迹规划算法——基于结构设计的自调节轨迹规划算法，并将曲面网格化应用至轨迹规划当中。新算法使预浸纱轨迹由结构设计确定的铺放方向按特定方式向测地线方向偏转，从而减小预浸纱变形以兼顾自动铺丝中的铺放工艺要求和结构设计要求。另外，归纳现有固定角度算法及其优缺点，阐述了铺放曲面网格化的优势和应用STL（Stereo Lithography）文件进行网格划分的原因，并将固定角度算法和自调节算法引入网格化曲面。
　　其次，提出一种开孔曲面轨迹规划方法，并解决轨迹规划后处理问题。针对开孔曲面自动铺丝轨迹规划问题，在前处理过程中采用STL文件提取网格曲面信息并进行开孔曲面拓扑结构重建，并将孔边界内外曲面完整接合。按孔边界对由设定算法得到“连续”轨迹上的系列点信息进行整理，求得最终点信息以满足后置处理的需要。其中，研究了网格曲面上孔边界与轨迹线求取交点的两种方案——迭代法和投影法，在分析比较精度和效率因素后，认为后一方法更适用于开孔曲面的边界处理。另外，提出三种原则的轨迹规划后处理方法，以解决最短铺放长度问题：全部保留优先向后延伸原则、全部保留优先向前延伸原则和最短保留长度原则的后处理方法，并进行算法效率比较和重叠率分析。
　　最后，采用Visual C++6.0和SQL Server混合编程实现了上述算法的软件开发，并利用规划结果进行仿真验证和工艺验证。根据计算结果，利用三维建模软件绘制轨迹线，验证了参考轨迹算法和开孔曲面算法正确性和合理性。同时，通过工艺实验分别验证自调节算法对固定角度算法铺放效果的改善和开孔构件轨迹规划算法的实际效果。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

图表清单

注释表

缩略词

缩略词（续）

第一章 绪论

1.1 自动铺丝技术概况

1.2 自动铺丝CAD/CAM软件技术

1.3 课题选题背景、意义及研究内容

第二章 基于结构设计的自调节算法

2.1 算法问题提出

2.2 自调节算法

2.3 网格曲面的轨迹规划

2.4 本章小结

第三章 开孔曲面轨迹规划算法

3.1 轨迹规划前处理

3.2 轨迹点的求取过程

3.3 本章小结

第四章 算法编程与验证

4.1 软件编程介绍

4.2 算法验证

4.3 实验验证

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文