复合材料铺丝成型中的路径规划

论文摘要

复合材料自动铺丝技术是一种新型复合材料自动化制造技术,具有加工成本低、速度快、成品质量高、强度高等特点,在发达国家己广泛应用于航空航天领域,而我国相关研究与应用则处于起步阶段。复合材料自动铺丝成型技术中铺丝轨迹的规划,即是复合材料纤维在芯模铺丝面上的排列分布方式,是为了自动铺丝加工而设计的,主要解决铺丝头在芯模表面运动时的路径问题。本文就复合材料自动铺丝技术中的自动铺丝路径规划进行了相关研究,主要完成了以下几方面的工作:(1)介绍了芯模构建中材料的选取和芯模制备,以及芯模在设计坐标下的定位方法,并讨论了芯模构建的原则。(2)针对复合材料自动铺丝路径规划问题,提出了一种新的基于正交投影的铺丝路径生成算法。首先根据芯模面上的离散信息设计空间曲线,然后将其正交投影到铺丝面上,利用经典的微分几何方法建立特征投影曲线的微分方程,用数值方法求解得到铺丝面上数据点,并用B样条曲线拟合这些点得到铺丝参考线,这种铺丝路径可以实现任意角度的铺放。(3)提出了一种铺丝路径等距算法,对铺丝参考线进行等距得到下一条铺丝路径,进而得到所有路径。经过算例进行验证,该算法能满足性能驱动的铺丝及其技术工艺要求。(4)应用本文的研究成果,在CATIA利用CAA中完成了自由曲面的铺丝路径仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 复合材料及其应用和发展
• 1.1.1 复合材料
• 1.1.2 复合材料的应用和发展
• 1.2 复合材料成型技术简介
• 1.2.1 纤维缠绕技术
• 1.2.2 自动铺带技术
• 1.2.3 自动铺丝技术
• 1.3 复合材料软件技术简介
• 1.4 本课题的研究背景、意义和内容
• 1.4.1 本课题的研究背景、意义
• 1.4.2 本课题的研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 芯模构建
• 2.1 引言
• 2.2 芯模材料的选取和芯模制备
• 2.3 芯模定位
• 2.4 芯模构建的原则
• 2.5 本章小结
• 第三章 基准铺丝路径的设计
• 3.1 引言
• 3.2 正交投影方法
• 3.2.1 数学基础
• 3.2.2 正交投影曲线的计算
• 3.3 用三次B 样条曲线进行初始路径设计
• 3.4 基准初始路径解法和设计实例
• 3.4.1 一阶常微分方程组数值解的基本原理
• 3.4.2 龙格—库塔法
• 3.4.3 计算实例
• 3.5 本章小结
• 第四章 铺丝路径的均匀等距覆盖
• 4.1 引言
• 4.2 自动铺丝成型规划原则和设计
• 4.3 等距线的生成
• 4.4 数值积分
• 4.5 自动铺丝路径生成过程
• 4.6 应用实例实现
• 4.7 本章小结
• 第五章 自动铺丝路径规划总体设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 MATLAB 工具
• 5.3 CATIA 二次开发平台CAA 介绍
• 5.3.1 CAA 应用的基本框架
• 5.3.2 软件实现中用到的CAA 主要框架、接口简介
• 5.4 本文进行数值分析和计算以及仿真实现
• 5.4.1 数值分析和计算
• 5.4.2 工作平台的搭建
• 5.4.3 主要模块的设计与实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文