锥壳自动铺带技术研究

摘要

本文研究了基于自动铺带技术的复合材料锥形壳体的成型问题，包括成型锥形壳体中的预浸带的切割模式、铺放成型方法及相关制造系统与软件等基本问题。全文的主要内容如下： (1)针对现有锥壳成型技术中存在的问题以及对锥壳性能的要求，提出了新的锥壳成型方法，即基于自动铺带技术与纤维缠绕技术的锥壳联合成型方法。 (2)基于现有自动铺带技术的特点，在分析锥壳几何特征的基础上，提出了成型锥壳0°铺层及螺旋向铺层时预浸带的切割、铺放排列方式；提出了其切割参数的求解方法；研究了锥形体环向缠绕时需要满足的两个条件。利用算例进行了验证。 (3)基于提出的预浸带的切割以及铺放排列方式，提出了预浸带片转录的概念；提出了基于预浸带片转录的两种铺带系统的结构方案，并介绍了两种铺带系统的应用范围。利用CATIA软件进行了三维建模，给出了专用自动铺带头以及预切割设备的实体模型。 (4)基于提出的两种成型系统，分别提出了等宽预浸带的连续切割模式；提出了其芯模坐标系下的自然路径的求解方法；描述了两种系统成型锥壳0°铺层以及螺旋向铺层时的自动铺带过程；利用算例对自然路径的求解方法进行了验证。 利用本文所提出的技术方案，可以高效、快速的实现复合材料锥壳构件的成型；解决了纤维缠绕技术无法成型锥壳0°铺层的技术难题；解决了航天航空领域对锥壳性能要求越来越高，而现有成型技术却无法满足性能需求的矛盾。