[發明專利]纖維復合材料于圓柱面的鋪放軌跡規劃方法及裝置

有效

• 申請號: 202011019927.1
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112255963B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 曹忠亮;林國軍;董明軍;朱昊;劉凱磊;富宏亞;韓振宇
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 王巍巍

本發明提供了一種纖維復合材料于圓柱面的鋪放軌跡規劃方法及裝置，其中，鋪放軌跡規劃方法中包括：S10基于待鋪放預浸絲束的圓柱面得到相應的平板面，并根據預設規則確定一預浸絲束于平面直角坐標系下鋪放的NURBS曲線，預浸絲束由纖維復合材料制備；S20將預浸絲束平面直角坐標系下鋪放的NURBS曲線轉換至圓柱坐標系，得到預浸絲束于圓柱面上的鋪放曲線；S30根據該預浸絲束于圓柱面上的鋪放曲線，繞Z軸旋轉依次確定其他預浸絲束于圓柱面上的鋪放曲線，完成預浸絲束于圓柱面鋪放軌跡的規劃。有效解決現有纖維復合材料于圓柱面鋪放求取步驟繁瑣、不能保證曲線的光滑程度等技術問題。

技術領域

本發明涉及數據處理技術領域，尤其涉及一種纖維復合材料于圓柱面的鋪放軌跡規劃方法及裝置。

背景技術

纖維復合材料是由有機高分子基體材料與高性能纖維增強材料經過特殊成型工藝復合而成的具有2相或2相以上結構的材料，纖維增強型復合材料因其質量輕、比強度和比模量高、不反射電磁波、設計自由度大等優點，越來越多的被應用于日常生活及軍工領域。自動鋪放成型技術由于具有質量穩定、成型效率高(約為人工鋪放效率的5～20倍)等特點，已經在國外飛機制造企業中得到了應用。使用纖維增強型復合材料，可以減少飛機自身的重量，降低燃油的消耗，進而提升飛機的綜合性能。

在工程中，復合材料構件多采用定角度軌跡的成型方式鋪放，選用鋪放角度通常為0度、90度和±45度，其中直線鋪放構件的力學性能對于日益增長的工業需求來說開始捉襟見肘。變剛度的概念最早由Gürdal提出，其采用變角度曲線的方式來構建纖維軌跡。與傳統的直線鋪放構件相比，變角度曲線鋪放的構件越來越受到市場的青睞，不僅是因為變角度曲線鋪放軌跡可以滿足整個層合板對于剛度的要求、能夠有效提高復合材料構件的承載能力，而且能夠根據剛度性能要求很好地去設計構件。

目前，在對回轉體或不可展開曲面進行曲線纖維軌跡規劃時，通常先求取軌跡上的關鍵點，再將關鍵點依次連接得到自動纖維鋪放的軌跡線，但是得到的軌跡線無法采用確切的表達式進行表達、求取步驟繁瑣、不能保證曲線的光滑程度，且軌跡線難以進行大幅度的改變。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種纖維復合材料于圓柱面的鋪放軌跡規劃方法及裝置，有效解決現有纖維復合材料于圓柱面鋪放求取步驟繁瑣、不能保證曲線的光滑程度等技術問題。

本發明提供的技術方案如下：

一種纖維復合材料于圓柱面的鋪放軌跡規劃方法，包括：

S10基于待鋪放預浸絲束的圓柱面得到相應的平板面，并根據預設規則確定一預浸絲束于平面直角坐標系下鋪放的NURBS曲線，所述預浸絲束由纖維復合材料制備；

S20將所述預浸絲束平面直角坐標系下鋪放的NURBS曲線轉換至圓柱坐標系，得到預浸絲束于圓柱面上的鋪放曲線；

S30根據該預浸絲束于圓柱面上的鋪放曲線，繞Z軸旋轉依次確定其他預浸絲束于圓柱面上的鋪放曲線，完成預浸絲束于圓柱面鋪放軌跡的規劃。

進一步優選地，在步驟S10中，所述預浸絲束于平板面上鋪放的殘余應變ε為：

其中，k_g為測地曲率；W_a為預浸絲束鋪放的實際寬度，且W_a＝D×n，D為預浸絲束的寬度，n為預浸絲束的根數；

假定寬度為W_a的預浸絲束在平板面上不產生屈皺的最小側彎半徑為r_min，當ε增大到一臨界值至測地曲率半徑r_g＝r_min時，鋪放軌跡的曲率半徑R需滿足：

其中，f(x)為NURBS曲線的表達式。