[發明專利]設計復合組件的鋪層表、鋪疊復合組件的預制件的方法、計算機可讀存儲介質及裝置

有效

• 申請號: 201680060290.6
• 申請日: 2016-10-13
• 公開（公告）號: CN108290355B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 艾希禮·巴恩斯;戴倫·艾弗·詹姆斯
• 申請（專利權）人: 勞斯萊斯股份有限公司
• 主分類號: B29C70/38
• 分類號: B29C70/38
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;張冉

公開了一種設計復合組件(402)的鋪層表(204)、(708)的方法，包括：限定與待制造的復合組件(402)相對應的組件體積(12)；限定多個連續的復合材料層(20)以填充所述組件體積(12)；基于對可變固化層厚度的估算，模擬所述多個連續的復合材料層(20)中的至少一些層，其中，通過以下步驟估算所述可變固化層厚度：模擬各復合材料層(20)的至少一部分；以及至少部分地基于所述部分的局部條件，估算復合材料所述部分的固化層厚度。基于多個模擬的層(20)，限定鋪層表(204)、(708)。

本發明涉及一種設計復合組件的鋪層表(plybook)的方法。

復合材料越來越多地用于需要特定材料特性組合的組件。特別是諸如碳纖維增強聚合物(CFRP)等復合材料，由于其高剛度和低重量而廣泛用于航空航天等行業的組件。復合材料通常包括增強材料(諸如碳纖維)和基體材料(諸如環氧樹脂)。

已知的幾種用于為組件自動鋪疊復合材料的方法，包括自動纖維鋪放(AutomaticFibre Placement，AFP)和自動鋪帶(Automatic Tape Laying，ATL)。在AFP中，復合材料的若干單根纖維聚集形成絲束，并且將該絲束放置在工具上并定期切割絲束以形成復合材料層(course)。窄邊的帶可以用來代替單根纖維或絲束。在ATL中，較寬的帶直接施加到工具的層上。

在AFP和ATL中，復合材料通常使用被稱為鋪放頭的自動工具被施加到工具上。鋪放頭根據預定的模式將多層絲束或帶施加到工具上以形成每一層。預定的模式可以被限定為手動、半自動或自動。例如，通過在計算機上運行的轉向程序可以自動限定絲束層的模式，該計算機接收鋪層表數據文件形式的輸入，并為鋪放頭生成頭路徑數據文件。鋪層表數據文件通常包括用于形成復合組件(或該組件的預制件)的多個連續層及其各層形狀的限定。頭路徑數據文件通常包括鋪放頭的轉向路徑的限定，以及轉向路徑各個部分的切割位置和可選速度的限定，用于鋪疊在鋪層表數據文件中限定的層。

申請人已經通過自動過程預先設計了鋪層表(即，多個連續的復合材料層及其各層形狀的限定)，通過該鋪層表限定了與待制造的組件相對應的體積，并且將層模擬為使用制造商數據的層厚度被施加到體積中。

然而，申請人已經發現，根據以這種方式設計的鋪層表制造的組件通常比組件的模擬體積(即設計體積)大或小。因此，在固化過程之后，通常需要進行與厚度相關的不合格活動，諸如加工。這種不合格活動通常是手動的、不可靠的和昂貴的。例如，一些加工不合格活動通常可能需要在制造期間添加被添加到組件中的犧牲層，以便隨后加工掉不合格的過量材料。犧牲層可以是粘合材料，而不是結構纖維增強材料，從而更容易加工。

因此，希望提供一種設計復合組件的鋪層表的改進方法。

根據本發明的第一方面，提供一種為復合組件設計鋪層表的方法，包括：限定與待制造的復合組件相對應的組件體積；限定多個連續的復合材料層以填充組件體積；基于對可變固化層厚度的估算，模擬多個連續的復合材料層中的至少一些層，其中，通過以下步驟估算可變固化層厚度：模擬各復合材料層的至少一部分；以及至少部分地基于該部分的局部條件，估算復合材料該部分的固化層厚度；以及基于多個模擬的層，限定鋪層表。

組件體積與組件的三維形狀相關，例如，如在計算機中限定的那樣。術語組件體積可以與“組件形狀”或“模擬組件”互換使用。在以下描述中類似的限定體積也是如此，包括誤差體積和誤差補償體積。為了避免疑義，術語體積在本文中不用于指代位移量，即，對象組件的空間量的標量測量。

基于對可變固化層厚度的估算，鋪層表可以被限定，從而與在組件體積中被模擬的多個連續層相對應。

鋪層表包括待鋪疊的層的限定。

可以限定多個層，從而模擬的層填充組件體積。換句話說，模擬的層占據的體積可以與組件體積相對應，或者可以與組件體積相連。每一層可以依次被限定和模擬為，被施加在組件體積中直至組件體積被填充滿。