基于铺层承载信息的自由曲面自动铺丝轨迹规划技术研究

摘要

自动铺丝技术凭借其低成本、高效率、高材料利用率、高制造精度、生产制造自动化、数控化等特点，已成为发达国家航空航天工业领域中大型复合材料构件制造典范，广泛应用于现代大型飞机的关键低成本自动化制造过程。
　　 针对复合材料结构承载特征和结构优化要求，本文开展了基于铺层承载信息的自由曲面自动铺丝轨迹规划和仿真研究，主要工作分为以下几方面：
　　 （1 ）基于铺放曲面的承载特征和结构结构优化要求，采用以给定点的半径倒数为加权因子、在半径为一定范围（一个带宽）内的若干已知点铺层方向加权平均值作为给定点的铺放修正方向，以此来构造初始铺丝参考轨迹；
　　 （2 ）在初始参考铺丝轨迹上，由其离散点的法矢和副法矢构造“特征截面”与铺放曲面相交，提取初始参考轨迹两侧交线弧长的最大值进行满铺覆求解，并根据该计算结果，采用平行等距轨迹规划算法求解其他丝束中心轨迹；
　　 （3 ）利用牛顿-拉夫逊迭代法原理，建立铺丝路径与边界的迭代相交求解模型，通过累加铺丝路径两端外插延伸量并与边界进行迭代相交，使设计轨迹满足铺丝边界完整性要求；
　　 （4 ）根据上述算法，以VB6.0 为开发平台，利用CATIA Automation 技术开发了基于铺层承载信息的自由曲面自动铺丝轨迹规划CAD模块；
　　 （5 ）提取CAD模块中单丝轨迹与复杂边界相交的关键点信息和铺丝路径上的离散点信息并赋予相应的特征描述，建立基于特征长度（CCR 点至边界的长度）比较的点信息顺序输出模型，沿铺丝路径轨迹设计方向顺序输出所有铺丝点信息；
　　 （6 ）应用机器人运动学原理和OpenGL 技术建立CAE 仿真模块，用以验证自动铺丝轨迹规划算法和数据输出的正确性和有效性；
　　 结果表明：在满足复合材料铺层方向设计特点和纤维最大可变形度的前提下，该算法可以实现基于单层承载信息的自由曲面变角度铺丝轨迹设计，为进一步研发基于承载和结构优化要求的轨迹设计方法奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录、注释表

声明

第一章绪论

第二章基于铺层承载信息的自由曲面自动铺丝轨迹规划算法

第三章铺丝轨迹的数据点提取

第四章自动铺丝系统运动学仿真

第五章总结与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文