[發明專利]一種復合材料數字化鋪層模型自動生成方法

在審

• 申請號: 202110609637.0
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113360976A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 張力文;張發平
• 申請（專利權）人: 張力文
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F113/26
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

本發明公開的一種復合材料數字化鋪層模型自動生成方法，屬于復合材料應用領域。本發明充分考慮層合板、過渡區域、鋪層信息、零件表面的分區和零件受力狀況約束條件，并對所述約束條件進行有效處理和融合，實現單個鋪層模型自動生成，且能夠提高復合材料零件鋪層模型生成精度和生成效率，減少人工干預；在實現單個鋪層模型自動生成基礎上，通過遍歷鋪層實現多個鋪層模型批量處理，進一步提高多個鋪層模型自動生成效率。鋪層模型自動生成主要用到參數化曲面生成技術。應用本發明的一種復合材料數字化鋪層模型自動生成方法解決復合材料領域相關工程問題，提高對復合材料領域工程問題的預測精度和預測效率。

技術領域

本發明涉及一種復合材料數字化鋪層模型自動生成方法，屬于復合材料應用領域。

背景技術

復合材料具有高比強度、高比剛度、可設計等優點，在航空航天、電子、船舶、風電葉片、燃料電池、電力電纜、汽車、壓力容器、軸濃縮超高速離心機、特種管筒橋梁、醫療器械、體育用品等領域有著廣泛的應用。但因復合材料設計復雜，性能分散性大，對其結構設計、工藝規劃、仿真分析和制造帶來了巨大的挑戰。因此，在20世紀80年代后期以美國為首的西方發達國家開始研究復合材料設計制造一體化技術,該技術是提高零件設計質量制造效率的有效方法，是復合材料零件設計制造技術的發展趨勢。目前，國外已經開發了一些復合材料設計制造一體化商業軟件，比如法國的CATIA CPD和SYSPLY、美國的ESAComp、德國的FiberSIM、英國的Laminate Tools、意大利的ICPS。國外復合材料設計制造軟件在航空領域有了較好的應用，例如龐巴迪公司、波音公司和空客公司。其中空客公司的空客A380結構中的復合材料用量達到25％，空客公司采用復合材料設計軟件進行設計從而使空客的復合材料設計工作時間降低了約50％，采用了新技術和軟件設計制造復合材料料部件后，空客公司節省了5％-25％的初始設計時間，減少了45％的反復設計修改時間，極大地降低了手工鋪層的時間，達到了全過程控制復合材料鋪層，消除了反復試驗的過程，提高產品質量的同時最大限度地降低了產品的廢品率。

國內復合材料設計、制造單位大部分是依靠經驗進行鋪層設計、手工下料、手工鋪放等，只有小部分企業采用國外先進的鋪層設計制造軟件輔助設計制造。目前國內尚無一款成熟可用的商用復合材料制造軟件。

國外普遍采用參數偏置曲面技術(Parametric Surface Offset，PSO)生成鋪層模型，其生成的鋪層曲面由常數邊線、常數區域、斜面邊線、斜面區域等參數對象來控制，旨在輔助用戶快速且靈活的生成鋪層曲面，以滿足后期制造工藝。PSO技術主要存在兩方面問題：一方面是無法生成垂直的“斜面”；另一方面是一次只能生成一個鋪層曲面，不能批量化自動生成所有鋪層曲面。

發明內容

針對現有的技術中的下述缺陷：(1)現有的鋪層生成方法一次只能生成一個鋪層曲面，不能批量化自動生成所有鋪層曲面；(2)無法生成垂直的“斜面”。本發明公開的一種復合材料數字化鋪層模型自動生成方法要解決的技術問題是：充分考慮層合板、過渡區域、鋪層信息、零件表面的分區和零件受力狀況約束條件，并對所述約束條件進行有效處理和融合，實現單個鋪層模型自動生成，且能夠提高復合材料零件鋪層模型生成精度和生成效率，減少人工干預；在實現單個鋪層模型自動生成基礎上，通過遍歷鋪層實現多個鋪層模型批量處理，進一步提高多個鋪層模型自動生成效率。應用本發明的一種復合材料數字化鋪層模型自動生成方法解決復合材料領域相關工程問題，提高對復合材料領域工程問題的預測精度和預測效率。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明公開的一種復合材料數字化鋪層模型自動生成方法，鋪層模型自動生成主要用到參數化曲面生成技術。參數化曲面生成技術包含曲面合并、曲面修剪、曲面偏置、曲面創建等類型。曲面合并是將一組相鄰曲面合并成為一個曲面。曲面修剪是用曲面內一組封閉曲線或者一組與曲面邊界相交的曲線修剪曲面，修剪方向根據實際情況確定。曲面偏置是將曲面按照偏置方向偏置某一距離生成曲面。曲面創建是根據一組曲面邊界點和曲面類型生成相應的曲面。