纤维铺放机运动轨迹数学模型及仿真研究

论文摘要

纤维复合材料由于具有强度高、重量轻的优良特性已经变成一种常见的工程材料,用它制造出来的复合材料构件具有高比强度、高比模量、耐烧蚀和抗侵蚀等一系列优点,其主要限制因素是高的制造成本和低的生产率。纤维铺放技术是实现复合材料“低成木、高性能”制造的重要手段之一,同时也是近年来发展最快最有效的复合材料构件成型技术之一。纤维铺放轨迹规划是实现纤维铺放的关键技术之一,本文对纤维铺放轨迹规划进行了深入的研究,主要研究工作如下:研究了纤维铺放路径生成技术,针对开放式构件,提出一种使各纤维束之间没有空隙和重叠的路径规划算法—机器人纤维铺放等距偏置法。采用等铺放角法生成初始轨迹后,按照弦高公差法将初始轨迹离散化,再按弧长等距偏置法将初始轨迹离散点按照给定的偏置距离进行等距偏置得到一系列偏置点,然后将偏置点进行样条拟和得到偏置轨迹,最后采用自然延伸法对偏置轨迹进行延伸得到最终的轨迹路径。建立了铺放压辊与芯模的接触模型,指出了压辊施压方向的求取方法。将等距偏置法进行修正推广使之应用于管状结构芯模,如S型飞机进气道。对近气道曲面进行预处理使之变为B曲面,比较开放式芯模与管状芯模的不同,对等距偏置法进行修正以求取管状结构芯模的铺放轨迹。基于UG及UG的二次开发平台UG/OPEN GRIP,以开放式结构芯模机翼蒙皮和管式结构芯模S型飞机进气道为例,实现初始轨迹路径的生成仿真,偏置轨迹路径的生成仿真和整个芯模表面的轨迹生成仿真,并以此验证机器人纤维铺放等距偏置法的可行性与正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 复合材料纤维铺放技术
• 1.1.1 纤维铺放技术简介
• 1.1.2 纤维铺放技术的发展趋势
• 1.2 国内外纤维铺放技术的发展应用
• 1.2.1 国外纤维铺放技术的发展应用
• 1.2.2 国内纤维铺放技术的发展现状
• 1.3 课题研究的意义及内容
• 1.3.1 课题研究的意义
• 1.3.2 课题研究的内容
• 第2章 开放式芯模轨迹规划
• 2.1 概述
• 2.2 等距偏置法轨迹规划
• 2.3 初始轨迹路径的生成
• 2.3.1 等铺放角算法
• 2.3.2 等铺放角算法分析
• 2.4 偏置轨迹路径的生成
• 2.5 偏置轨迹路径的延伸
• 2.6 本章小结
• 第3章 管状结构芯模轨迹规划
• 3.1 铺放压辊与芯模的接触模型
• 3.2 铺放路径的可铺放性研究
• 3.3 管状结构芯模轨迹规划原理
• 3.3.1 曲面的预处理
• 3.3.2 与开放式芯模曲面的不同
• 3.3.3 纤维铺放轨迹的优化
• 3.4 本章小结
• 第4章 铺放路径轨迹的生成仿真
• 4.1 概述
• 4.2 开发环境软件介绍
• 4.2.1 开发软件的选择
• 4.2.2 UG的二次开发简介
• 4.3 铺放路径轨迹的生成
• 4.3.1 初始轨迹路径的生成
• 4.3.2 偏置轨迹路径的生成
• 4.3.3 机翼铺放轨迹的生成
• 4.3.4 S型飞机进气道铺放轨迹的生成
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢