基于网格化曲面的自动铺丝轨迹规划研究

摘要

自动铺丝CAD/CAM软件技术作为自动铺丝的关键技术之一，是实现复合材料构件数字化成型的基础，而轨迹规划是软件技术的核心内容。本文在现有自动铺丝轨迹规划技术的基础上，结合自动铺放技术的发展趋势，基于网格化曲面提出了具有曲面适应性的轨迹规划算法，主要包括铺放轨迹设计、覆盖性分析及铺放边界处理等。
　　由于自动铺丝技术的工作模式和技术特点，轨迹设计应满足一定的设计要求，主要包括：方向性要求、可铺放性要求、覆盖性要求和经济性要求等；本文着重对轨迹的可铺放性进行了分析，提出了影响轨迹可铺放性的因素。在比较几种常见的轨迹规划方式优缺点的基础上，本文选择基于网格化曲面的方式进行轨迹设计；为了提高网格化曲面离散数据的关联性，更有效快速的进行轨迹设计，之前对离散数据进行了必要的预处理操作。
　　随着自动铺丝技术的发展，所用丝束宽度有逐步增加的趋势，以提高构件的铺放效率，致使自动铺丝与窄带自动铺带的界限出现模糊化的趋势，目前单一的铺带/铺丝轨迹算法难以统筹。据此，本文提出了能够根据预浸料带宽和曲面特征获取自适应参考轨迹的规划算法，通过调整相关参数可得到不同轨迹属性的参考轨迹。针对变截面模型，通过参考轨迹生成其它中心轨迹时，提出了根据模型截面大小和轨迹在各截面处的铺放角，自动调整铺放轨迹间距和纱束宽度（纱数）的算法来实现轨迹的规划，并对铺放轨迹进行了覆盖性分析。对于具有不规则边界的模型，提出只在邻近边界处作单丝轨迹延伸操作的规划方法，不仅提升了轨迹规划的效率，同时也能够保证轨迹的在边界处的规划精度。
　　最后，采用VisualC++6.0和SQLServer进行混合编程，完成了上述算法的软件编制工作，并对各算法在CATIA中进行了可视化验证和铺放试验验证，结果表明各算法均能满足自动铺丝轨迹的设计要求和实际的铺放要求。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 自动铺丝技术简介

1.2 自动铺丝 CAD/CAM 软件技术概述

1.3 本课题的研究意义及研究内容

第二章 自动铺丝轨迹的设计要求及规划方式

2.1 自动铺丝轨迹的设计要求

2.2 基于网格化曲面轨迹规划及预处理

2.3 本章小结

第三章 基于网格化曲面的自适应铺放轨迹规划

3.1 基于网格化曲面的固定角度法

3.2 基于网格化曲面的测地线算法

3.3 参考中心轨迹的生成

3.4 其它铺放轨迹的生成

3.5 覆盖性分析

3.6 边界及关键数据点的处理

3.7 本章小结

第四章 软件设计及算法验证

4.1 软件开发平台

4.2 软件模块介绍

4.3 算法验证

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 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