[發(fā)明專利]一種復(fù)合材料自動(dòng)鋪絲軌跡投影仿真建模方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211634395.1
• 申請(qǐng)日: 2022-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN115954067A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉偉先;王玉喬;王佳寧;閆勵(lì);齊利劍;李騫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所
• 主分類號(hào): G16C60/00
• 分類號(hào): G16C60/00;G16C20/90
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料自動(dòng)鋪絲軌跡投影仿真建模方法，所述方法包含以下步驟：計(jì)算單元的所有節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)平均的方法得到中心點(diǎn)坐標(biāo)；從所述中心點(diǎn)坐標(biāo)向當(dāng)前選取鋪層的所有絲束軌跡中心線做垂直投影點(diǎn)，獲得投影點(diǎn)坐標(biāo)后采用距離公式計(jì)算中心點(diǎn)到選取鋪層所有絲束軌跡中心線的最短距離，通過對(duì)比上述所有最短距離，選擇其絲束軌跡；做選擇的絲束軌跡的切線，且使得切線過投影點(diǎn)；將切矢量和計(jì)算單元鋪層坐標(biāo)系進(jìn)行矢量點(diǎn)積計(jì)算，獲取選取的計(jì)算單元單層真實(shí)鋪層角度，將選取的計(jì)算單元單層的理論鋪層角度替換為真實(shí)鋪層角度。本發(fā)明獲得準(zhǔn)確真實(shí)鋪層角度，能準(zhǔn)確仿真實(shí)際自動(dòng)鋪絲結(jié)構(gòu)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及航空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合材料自動(dòng)鋪絲軌跡投影仿真建模方法

背景技術(shù)

復(fù)合材料自動(dòng)鋪絲制造工藝對(duì)復(fù)雜零件適應(yīng)性好、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高、人工成本低、人為干涉較少、制件質(zhì)量一致性好等優(yōu)點(diǎn)，隨著復(fù)合材料自動(dòng)鋪絲軌跡規(guī)劃技術(shù)，制造設(shè)備、工藝技術(shù)日漸成熟，近年來越來越被世界范圍內(nèi)的各復(fù)材設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和制造部門所重視，是一項(xiàng)極具生命力和應(yīng)用前景的復(fù)合材料技術(shù)。

自動(dòng)鋪絲工藝制造復(fù)合材料零件有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，基于此，自動(dòng)鋪絲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。相比于傳統(tǒng)的預(yù)浸料手鋪，自動(dòng)鋪絲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝制造結(jié)合更加緊密。其中尤其突出的是軌跡規(guī)劃，但自動(dòng)鋪絲工藝本身有其局限性，如最小轉(zhuǎn)彎半徑、最短切絲距離、束間間隙、絲束重疊、切絲斷絲等。在絲束軌跡規(guī)劃設(shè)計(jì)中既考慮工藝性又考慮性能需求是研究的重點(diǎn)。對(duì)設(shè)計(jì)而言，滿鋪的軌跡需滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等性能需求，從而保證結(jié)構(gòu)的完整性，使結(jié)構(gòu)效率高；而對(duì)工藝而言，規(guī)劃的軌跡需滿足最小轉(zhuǎn)彎半徑、機(jī)器不干涉、滿鋪、缺陷少等問題，同時(shí)要兼顧設(shè)計(jì)對(duì)纖維方向的需求。兩者之間有矛盾項(xiàng)，需要相互合作協(xié)調(diào)，反復(fù)迭代，才能達(dá)到最終設(shè)計(jì)。

而其中，在工藝人員采用自動(dòng)鋪絲軌跡設(shè)計(jì)軟件完成工藝軌跡規(guī)劃后，自動(dòng)鋪絲復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員就會(huì)獲得所有設(shè)計(jì)鋪層的自動(dòng)鋪絲軌跡數(shù)據(jù)庫(kù)(所述的自動(dòng)鋪絲軌跡數(shù)據(jù)庫(kù)就存于所述的自動(dòng)鋪絲軌跡設(shè)計(jì)軟件中，現(xiàn)有的自動(dòng)鋪絲軌跡設(shè)計(jì)軟件屬于本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，例如VERICUT、CATFiber等，如何準(zhǔn)確快速的將實(shí)際絲束軌跡角度變化引入仿真分析有限元模型，對(duì)工藝滿鋪規(guī)劃后的性能進(jìn)行分析評(píng)估顯得極為重要。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：

提供了一種復(fù)合材料自動(dòng)鋪絲軌跡投影仿真建模方法，可準(zhǔn)確快速的將實(shí)際絲束軌跡角度變化引入仿真分析有限元模型，以便開展后續(xù)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估，有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期。

技術(shù)方案：

本發(fā)明的提供一種復(fù)合材料自動(dòng)鋪絲軌跡投影仿真建模方法，所述方法包含以下步驟：

步驟1、先對(duì)采用自動(dòng)鋪絲工藝的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)建立三維殼單元有限元模型，殼單元大小是絲束寬度的整數(shù)倍，生成每個(gè)殼單元各個(gè)單層的理論鋪層角度；

步驟2、按復(fù)合材料鋪層順序從自動(dòng)鋪絲軌跡數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)入所有單層所有絲束軌跡中心線；選取第一個(gè)鋪層；

步驟3、按殼單元編號(hào)的順序依次選取殼單元作為計(jì)算單元；

每選取一個(gè)計(jì)算單元，則以計(jì)算單元的所有節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)平均的方法得到中心點(diǎn)坐標(biāo)；從所述中心點(diǎn)坐標(biāo)向當(dāng)前選取鋪層的所有絲束軌跡中心線做垂直投影點(diǎn)，獲得投影點(diǎn)坐標(biāo)后采用距離公式計(jì)算中心點(diǎn)到選取鋪層所有絲束軌跡中心線的最短距離，通過對(duì)比上述所有最短距離，確定距離計(jì)算單元中心最近的絲束軌跡中心線，選擇其絲束軌跡；做選擇的絲束軌跡的切線，且使得切線過投影點(diǎn)，以此切線計(jì)算投影點(diǎn)處軌跡線的切矢量；將切矢量和計(jì)算單元鋪層坐標(biāo)系進(jìn)行矢量點(diǎn)積計(jì)算，獲取選取的計(jì)算單元單層真實(shí)鋪層角度，將選取的計(jì)算單元單層的理論鋪層角度替換為真實(shí)鋪層角度；

步驟4、判斷是否還有未選取過的鋪層，若有，則選取一個(gè)未選取過的鋪層，并返回步驟三，若無，則結(jié)束。