基于网格化曲面的自适应自动铺放轨迹算法

 基于轨迹的可铺放性要求分析了铺放过程中预浸料产生畸变的原因及影响轨迹可铺放性的因素。根据测地线定义构造了一种基于网格化曲面的测地线新算法,具有高效率、高精度等特点;在此基础上综合考虑预浸料的可铺放性和构件强度分布要求,提出了具有曲面自适应功能的铺放轨迹算法,可根据预浸料带宽计算得到铺放轨迹容许的最大测地曲率,并将其运用于铺放轨迹设计,使轨迹能够保证预浸料良好可铺放性的同时又满足构件的强度分布要求。最后通过数据库SQL Server和VC++针对某型号S型进气道进行铺放轨迹设计,在CATIA中将计算获取的离散轨迹点拟合成曲线并进行了实际的铺放试验,验证了测地线生成算法和铺放轨迹生成算法的正确性和有效性。     

自动铺丝最小间隙路径规划与复合材料锥壳结构制造

自动铺丝技术（AFP）是提高复合材料构件制造效率和降低其制造成本的关键技术和重要手段。铺放轨迹的设计是控制自动铺丝工艺质量的关键。对于复杂的结构形式，合理的铺丝路径对保证可制造性及铺贴质量至关重要。本文针对简化后的后机身锥壳特征结构，研究了基于固定角法、测地线法和变角度法的自动铺丝轨迹算法设计，解决了铺放复杂曲面满覆盖问题；总结对比获得了不同铺丝轨迹方法的特点和适用范围。以保证工艺性并满足结构设计铺层方向为原则，选用了带宽为6.35 mm的自动铺丝预浸料完成工艺验证件制造，并通过有限元分析评估了自动铺丝轨迹算法的合理性。结果表明：该结构宜采用测地线法铺放0°方向铺层以减少褶皱；采用固定角法铺放90°方向铺层能够保证连续铺放；采用结合预浸窄带侧弯试验结果的变角度轨迹规划方法铺放此锥类构件±45°方向铺层能够保持最小间隙。铺丝间隙使锥壳结构单层等效模量下降约30%，整体强度下降约10%。因而在结构优化设计时需考虑自动铺丝工艺对安全裕度影响的因素。     

开孔曲面自动铺放轨迹规划算法研究

为解决开孔曲面自动铺放轨迹规划问题,提出在前处理中将孔边界内外的曲面接合成完整曲面的方法,采用STL文件提取网格化曲面信息并重构开孔曲面拓扑,按照设定算法获得“连续”的铺放轨迹后,再按孔边对轨迹点进行信息整理得到后置处理所需的最终铺放轨迹点信息.研究了迭代法和投影法在轨迹线与孔边界交点的求取方法,综合比较2种算法的效率和精度后,发现投影法更适于开孔曲面的轨迹规划.根据上述算法,编写了基于VC++ 6.0平台的轨迹规划程序,以整体复合材料前机身为例进行算法验证,证明了提出的开孔曲面自动铺放轨迹规划算法的合理性和正确性.     

自动铺放工艺的复合材料预浸带的适宜性评价方法

依据自动铺带头的结构从离型纸与预浸带的作用、预浸带间的粘附性、预浸带对模具的粘附性这3个影响自动铺放成功的方面简介了预浸带的自动铺放适宜性的评价方法。首先,通过离型纸剥离力的测量和比较可以选择出适合自动铺放的离型纸。其次,通过楔子剥离测试预浸带间的平均剥离力,为选择出一定温度下适宜自动铺放的预浸带提供了参考。最后,通过预浸带与垂直金属板间的粘性测量,为选择适宜在金属模具表面自动铺放的预浸料提供指导。     

面向中小企业的动态联盟及其运行模式研究

将网格化方法应用到飞机S型进气道模型的铺放轨迹规划中,即利用UG网格生成器网格化进气道CAD模型,并生成网格化数据,以该数据为基础建立网格单元和节点之间的拓扑关系,在每个网格单元中计算铺放轨迹和轨迹点的法向量.通过仿真试验证明该方法具有程序执行速度快、生成的铺放轨迹曲线光滑、无曲线突变情况等特点,具有一定的工程应用价值.提出利用UG的二次开发功能开发适用于该轨迹生成方法的网格化工具.     

基于变角度算法的复合材料翼梁自动铺丝

在采用固定角算法的复合材料"C"型翼梁自动铺丝试验中,预浸丝在翼梁的拐角区域出现严重的屈曲与皱褶。在分析了其原因的基础上,利用翼梁的结构和受力特点,使翼梁的自动铺丝轨迹尽量向测地线方向靠近,可以显著减小预浸丝在过拐角时的偏转角度,从而消除预浸丝的皱褶和屈曲。轨迹进入非可展翼梁曲面的缘条后,相邻预浸丝束间会出现无法通过自动增减纱动作进行控制的重叠或间隙,在拐角区域采用变角度轨迹设计方法消除微小的重叠或间隙,实现了"C"型翼梁的满覆性铺放,可减少缺陷,提高构件的力学性能。     

复合材料自动铺带技术研究(I)——“自然路径”特性分析及算法

分析了可展面上“自然路径”的几何本质,推演证明其在可展曲面上与测地线的等价性。应用和拓展可展面“自然路径”数值算法,在一般曲面上引入边界控制点调整预浸带中心点以减小预浸带变形、实现铺放,构造了一般曲面“自然路径”求解格式。     

基于预浸纱自动铺放缺陷的分割算法

为保证预浸纱自动铺放成型制件的性能,基于图像处理技术,根据预浸纱表面图像沿纤维方向灰度均匀的特性,提出了一种结合灰度补偿和差影分割的缺陷分割算法。利用图像灰度补偿矩阵对图像进行灰度补偿,依据图像的灰度误差服从正态分布的特点剔除图像矩阵中的极大误差点,并建立标准背景图像,以允许差值系数K作为判据进行差影分割。结果表明:该算法对气泡、异物两种典型铺放缺陷分割效果好、速度快,为实现自动铺放缺陷在线监测提供了良好的理论基础。     

复合材料自动铺带技术研究(Ⅰ)——"自然路径"特性分析及算法

分析了可展面上“自然路径”的几何本质，推演证明其在可展曲面上与测地线的等价性。应用和拓展可展面“自然路径”数值算法，在一般曲面上引入边界控制点调整预浸带中心点以减小预浸带变形、实现铺放，构造了一般曲面“自然路径”求解格式。     

基于自动丝束铺放技术的复合材料进气道结构设计及试验验证

某型号飞机采用S形进气道,形状复杂,且对刚度、装配、内表面质量及重量要求很高,需要设计一个满足所需的进气道结构.采用复合材料整体成型结构设计,结合自动丝束铺放技术,详细叙述进气道结构设计研制方案及实施方法,并对其进行有限元理论分析及试验验证,结果表明:进气道结构满足强度及刚度要求;自动丝束铺放技术可以有效应用于变截面S形进气道研制.研究结果可对研制其他复杂形状飞机进气道提供依据.     

大型复合材料筒形结构自动铺带技术

采用国产T300/605热熔法预浸料,对大型复合材料筒形结构自动铺带技术进行了研究.通过对自动铺带角度的工艺优化,铺带角度进行微调,实现了复合材料筒形结构的满覆盖铺放.在此基础上进行了大型复合材料筒形结构的自动铺带工艺试验,对自动铺带工艺试验件进行无损检测及取样性能测试.结果表明:预浸料铺覆性良好,自动铺带成型的预浸带间隙或重叠≤1 mm,铺带角度与理论铺带角度偏差≤0.2°.试验件成型质量良好,自动铺带技术可以满足大型复合材料结构高质量成型需求.     

自动铺放内嵌缺陷构件成型方式对拉伸性能的影响

自动铺丝技术使单向的复合材料丝束铺放轨迹得以优化,但是在应用此技术铺放复杂形状结构时可能会导致缺陷的引入。为解决此问题,利用2丝束自动铺放机器人铺放含有空隙和重叠缺陷的层合板试件,按照[(90°/0°)5/90°]和[(0°/90°)5/0°]的顺序,将缺陷分别置于0°和90°铺层内。在试件成型过程中,无模压板的成型方法会导致试件局部厚度和微观结构的变化,这主要取决于缺陷的类型,这对试件的拉伸性能有很大影响,使用模压板可以很好地改善这一点。试验表明:在0°纤维方向上,含空隙缺陷加模压板成型的试件较不加模压板成型的试件拉伸强度提升了218. 5%,重叠缺陷试件加模压板成型后试件拉伸强度也提高了69%;在90°纤维方向上,由于90°方向铺层不是主承载层,模压板对试件性能影响较小,但加模压板成型后,空隙和重叠缺陷试件的拉伸性能也分别提高了3. 2%和15. 6%。     

适用自动铺丝工艺的中模高强碳纤维预浸料研究

目前,自动铺丝技术是航天航空大型结构件制备工艺的发展方向,而中模高强碳纤维预浸料适用于航天航空主承力结构件的制备,达到减重的需求,因此,自动铺丝工艺用中模高强碳纤维预浸料的研究至关重要。采用HF40A中模高强碳纤维匹配EH918树脂体系,开展了预浸料的自动铺丝工艺适用性研究。通过与满足自动铺丝工艺的某预浸料对比分析,确定了满足自动铺丝工艺要求的EH918/HF40A;对比手工铺放与自动铺丝制备的板材的力学性能,数据表明,自动铺丝板材的力学性能与手工铺放板材性能相当,无明显差异;采用该材料和自动铺丝工艺制备了典型部件,并进行了无损测试,其质量满足指标要求。     

丝束张力对自动铺丝成型工艺的影响

为获得良好的铺丝成型质量,通过理论分析和实际铺放实验,从送丝质量和铺放质量两个角度出发,研究了丝束张力对自动铺丝成型工艺的影响。送丝实验发现,丝束张力的大小对送丝精度和送丝可靠性影响显著;铺放实验发现,过大或过小的丝束张力都会导致铺放质量的下降,铺放过程中丝束张力维持在合理的范围内;基于铺放过程中预浸丝束的受力分析,探究了不同铺放条件下铺放张力对铺放质量的影响,讨论了影响丝束张力取值范围的因素,建立了丝束张力取值范围的计算公式并对该公式的合理性进行了实验性验证。最终得出结论,丝束张力是自动铺丝成型工艺的重要工艺参数之一,铺放中丝束张力的取值应随曲面形状和铺放轨迹的改变而调整,并与其他铺放工艺参数相匹配以实现铺放质量的最优化。     

规则回转体自动铺丝轨迹规划与丝束增减

为满足自动铺丝轨迹的满铺覆性要求，针对现阶段自动铺丝轨迹规划存在的不足，提出了不同的丝束增减算法。首先讨论纤维铺放方向的确定和中心轨迹数量的计算，设计不同铺放方向轨迹的生成算法。然后以丝束重叠系数为重要参数，对于纤维局部堆积和空缺问题提出单侧纤维裁剪算法和双侧纤维裁剪算法，并对裁剪后的重叠区域和间隙区域进行面积求解，使得纤维丝束均匀覆于芯模表面。最后基于CATIA CAA二次开发平台，将上述算法集成到纤维铺放CAD系统中，通过运动仿真系统验证算法的正确性。利用提出的丝束增减算法，实现了间隙/重叠区的均匀分布，尽量降低了富树脂区等相关缺陷的聚集对性能的不良影响。     

碳纤维预浸带切割剪裁平台系统研究

自动铺带技术是碳纤维复合材料的重要成型技术。根据最新提出的预浸带切割和铺放分离的"两步法"铺带技术,详细探讨预浸带切割平台的设计方案。设计方案包括预浸带双刀切割试验平台设计和搭建,基于自动铺带轨迹规划软件的双刀切割轨迹算法的研究和切割信息的植入,以及试验探究切割平台双刀切割典型边界所存在的问题及试验误差分析,以期为"两步法"铺带的研究提供基础。     

尾喷管构型对类乘波飞行器性能影响

采用二维耦合隐式欧拉方程和标准k-ε湍流模型对类乘波飞行器内外流场进行了数值仿真研究,离散采用二阶迎风格式,在考虑粘性影响的前提下,分析了倾角为8,°11,°13°和15°的尾喷管对类乘波飞行器分别处于进气道关闭、发动机通流以及发动机点火三种不同的工作状态下性能的影响。结果表明当尾喷管倾角为11°时,飞行器的升力特性、阻力特性和俯仰力矩性能得到了权衡,性能得到了提高,为下一步的改进工作提供了参考。     

燃烧室进口流场对某回流燃烧室性能影响的数值计算

为了获得燃烧室进口流场对某回流燃烧室性能的影响规律,通过在轴向扩压器上安装带偏转角度的导向叶片,获得不均匀的燃烧室进口流场。在试验验证的基础上,对均匀进气、导向叶片偏转角度25°及导向叶片偏转角度35°共计三种方案的燃烧室性能进行了数值模拟研究。结果表明:带偏转角度的导向叶片使燃烧室进口流场变得不均匀,燃烧室进口截面的气流具有一定的偏转角度和切向分速度;带偏转角度的导向叶片使主燃孔和掺混孔的进气存在一定的偏转角度,随着导向叶片偏转角度的加大,主燃孔和掺混孔的轴向速度小幅增加,主燃孔和掺混孔的切向速度逐渐加大且增幅较大;随着导向叶片偏转角度的加大,燃烧室总压恢复系数逐渐降低;带偏转角度的导向叶片对燃烧室的燃烧效率影响不大;随着导向叶片偏转角度的加大,燃烧室出口温度分布系数（OTDF）逐渐降低且降低幅度较大;在同一径向高度,随着导向叶片偏转角度的加大,燃烧室出口周向温度分布不均匀度逐渐降低。