开口筒型体自动铺带仿真技术研究

论文摘要

自动铺带技术是一种新型复合材料低成本自动化制造技术,该技术适用于制造翼面、壁板等大尺寸、小曲率构件,具有加工成本低、效率高等特点,发达国家已经广泛应用于航空航天领域。目前,国内对该项技术的研究处于刚刚起步阶段。自动铺带仿真技术作为实现铺带加工的关键技术之一,涵盖先进复合材料数字化生产技术、机床数控理论、CAD/CAM技术和计算机仿真技术等。本文以开口筒型体为研究对象,进行自动铺带仿真技术的相关研究,主要完成以下几方面的工作:（1）针对具有开口形状的圆筒芯模,在其展开面上研究铺放轨迹规划、切刀路径规划,进而求取铺放预浸带所需的特征点坐标。在展开面上研究简化开口处理,方便自动铺带仿真。（2）采用超声双刀切割装置对预浸带进行切割,分别就芯模边界和开口区域切割两种情况做出处理,从切刀选择、切刀压入点、切刀路径等方面进行切割实现。（3）考虑到芯模开口引起复合材料构件整体性能的降低,提出了对复合材料开口结构采取环向铺层的非对称补强等措施。（4）选取主轴-小车式自动铺带机系统进行自动铺放,对控制自动铺放的数控代码进行研究,生成了控制自动铺带机运动的NC代码。（5）在Windows XP操作系统平台下,选用Visual C++6.0作为集成开发环境,基于OpenGL技术开发了自动铺带仿真软件,完成了对开口筒型体自动铺带加工的仿真验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 先进复合材料及其应用发展概况
• 1.2 先进复合材料低成本制造技术
• 1.2.1 先进缠绕技术
• 1.2.2 自动铺丝技术
• 1.2.3 自动铺带技术
• 1.3 先进复合材料制造仿真技术
• 1.4 本课题研究背景和内容
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 铺层设计及实现方式
• 2.1 开口芯模设计
• 2.2 筒壳铺层设计
• 2.2.1 整体铺层规划
• 2.2.2 单层自动铺带原则
• 2.3 开口筒壳铺带实现方式
• 2.3.1 筒壳轨迹规划
• 2.3.2 开口切割实现
• 2.3.3 开口补强实现
• 2.4 本章小结
• 第三章 自动铺带成型系统及其控制代码
• 3.1 主轴-小车式自动铺带机
• 3.2 自动铺带机数控代码的生成
• 3.2.1 铺放轨迹的生成
• 3.2.2 数控代码程序的结构分析
• 3.2.3 数控代码的生成
• 3.3 NC 代码仿真的实现
• 3.3.1 NC 代码处理
• 3.3.2 NC 代码仿真实现
• 3.4 本章小结
• 第四章 自动铺带仿真系统的总体设计与实现
• 4.1 仿真系统总体设计
• 4.1.1 仿真系统的目标功能
• 4.1.2 仿真系统的开发流程
• 4.1.3 系统的总体结构
• 4.1.4 开发环境
• 4.2 仿真系统的三维建模
• 4.2.1 OpenGL 概述
• 4.2.2 Windows 下的OpenGL 编程
• 4.2.3 OpenGL 下的三维建模
• 4.3 自动铺带仿真的实现
• 4.3.1 仿真流程图
• 4.3.2 仿真的实现
• 4.3.3 仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 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