复合材料自动铺丝轨迹规划与覆盖性分析研究

摘要

自动铺丝技术是一种新型复合材料低成本自动化制造技术,该技术具有高效、高质、高精度等特点,适用于各类复杂型面复合材料构件的制造。发达国家已经将其广泛应用于航空航天领域,而国内的研究尚处于起步阶段,相关技术研究仍在探索之中。
　　 本文结合“自动铺丝机关键技术”民机预研专项,开展了自动铺丝CAD/CAM软件技术中的轨迹规划与覆盖性分析研究工作,主要内容和结论如下:
　　 1.研究自动铺丝轨迹规划算法:以航天器常用的典型类回转体构件为研究对象,应用微分几何理论,建立了基于解析方法的自动铺丝轨迹规划模型。
　　 2.研究覆盖性分析算法:考虑到铺放过程中可能出现丝带重叠或空隙,利用测地线测度原理,提出了“轨迹中心扩展”和“中心基准内插”两种覆盖性分析方法；通过研究相邻铺丝轨迹中心线之间距离与丝数的对应关系,提出了覆盖性分析的一种高效算法。经计算机算例试验证明,高效覆盖性分析算法较前两种方法分别节约机时90％、97.7％。
　　 3.采用VB6.0开发平台,基于CATIA Automation技术开发出自动铺丝CAD/CAM软件模块。以大型运载火箭整流罩为应用背景验证了上述算法和软件的正确性、有效性,为实现具有自主知识产权的自动铺丝CAD/CAM软件开展了积极有益的探索。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 先进复合材料及其应用

1.1.1 先进复合材料

1.1.2 先进复合材料的应用

1.2 自动铺丝技术简介

1.2.1 自动铺丝技术及其发展史

1.2.2 自动铺丝数字化制造趋势

1.2.3 自动铺丝技术应用

1.3 课题研究的背景、意义和内容

1.3.1 课题研究背景

1.3.2 课题研究意义

1.3.3 课题研究内容

第二章 可解析类回转体自动铺丝轨迹规划

2.1 自动铺丝轨迹规划方法的现状

2.1.1 平行等距法

2.1.2 与某参考线成固定角度法

2.1.3 等距螺旋法

2.1.4 给定纤维方向法

2.2 铺层规划

2.2.1 整体铺层规划

2.2.2 单个铺层规划

2.3 可解析类回转体自动铺丝轨迹规划

2.3.1 几何建模

2.3.2 轨迹起点设计

2.3.3 轨迹方程推导

2.4 算例

2.5 本章小结

第三章 自动铺丝覆盖性分析

3.1 概述

3.2 相邻铺丝轨迹间的距离求解算法

3.2.1 基于测地线的相邻轨迹距离求解算法

3.2.2 基于网格化的相邻轨迹距离求解算法

3.3 覆盖性分析算法

3.3.1 轨迹中心扩展式覆盖性分析算法

3.3.2 中心线基准内插式覆盖性分析算法

3.3.3 高效覆盖性分析算法

3.3.4 算法验证

3.4 本章小结

第四章 软件模块开发

4.1 软件开发平台介绍

4.1.1 CATIA及CPD模块介绍

4.1.2 CATIA二次开发技术

4.1.3 软件模块中使用到的主要CATIA Automation接口介绍

4.1.4 其他相关开发环境简介

4.2 本文开发的模块功能设计

4.2.1 CATIA Workbench创建

4.2.2 软件结构流程图

4.2.3 轨迹规划模块

4.2.4 覆盖性分析模块

4.3 算法验证

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