CATIA V5复合材料设计

CATIA V5为复合材料设计提供了一整套完整而专业的解决方案,包括复合材料本体的设计,DMU/CAE分析、可制造性分析等.本文以蜂窝夹层复合材料为例,介绍了CATIA V5对复合材料从设计、分析到制造的全过程.     

基于CATIA三维数模的复合材料复杂曲面展开

采用高斯曲率评估曲面的可展程度,基于复合材料构件的CATIA三维数模,提取三维数模中的铺层信息,生成曲面展开所需要的单层曲面,在CATIA复合材料模块下对铺层曲面进行产品性能分析,确定曲面的不可展性,通过CATIA的"分析与仿真"功能中的高级网格划分模块对单层曲面进行有限元分析,计算出三角网格曲面模型上各点的离散高斯曲率,根据离散高斯曲面曲率最大值所在点,生成将曲面分开的剪口路径,最终将曲面进行展开.     

基于CATIA的大曲面复合材料结构设计

在飞机复合材料零件设计中,基于CAD系统的设计复合材料,存在制造变形问题与复杂曲面的铺层展开形状难以确定的问题,通过基于CATIA的大曲面复合材料结构设计,铺层设计的同时就考虑铺层在复杂曲面上的展开形状,从而避免了复合材料存在潜在的制造变形和材料浪费问题。     

CATIA管路设计(Tubing Design)环境客户化定制

CATIA管路设计模块为数字样机中管路的设计、建立、修改和分析等工作提供了方便快捷的工具.国内企业在应用CATIA Tubing Design模块,实施管路设计时必须按企业执行的相关标准进行客户化定制,为此根据实际应用需求,介绍了CATIA管路设计模块客户化定制的原理、方法和步骤.     

大尺寸复合材料RTM波纹梁设计优化

为了对使用Resin Transfer Molding(RTM)工艺制造的大尺寸复合材料波纹梁进行结构减重设计优化,运用CATIA软件复合材料设计模块对大尺寸波纹梁进行多厚度分区设计,并编制FORTRAN软件二次开发程序对波纹梁铺层角度和顺序进行优化,进行静强度计算,设计并进行波纹梁剪切试验,制造的波纹梁在某型飞机上成功应用并取得了明显的减重效果。     

飞机复合材料构件成型模具型板架参数化设计

针对复合材料构件成型模具的结构,分析其型板架的设计要求与建模特点,运用参数化设计方法,对结构各部分尺寸建立参数关联,设计了型板的智能排布和散热孔的对齐算法,基于CATIA二次开发平台,开发了复合材料构件成型模具型板架参数化设计模块,应用于飞机复合材料构件的成型模具设计中,可减少模具设计重复性工作,提高设计效率。     

复合材料热压罐固化框架式成型模具的参数化设计

为解决复合材料热压罐固化框架式成型模具设计过程中重复性工作较多、设计效率较低、后续修改困难等问题,将参数化设计技术分为尺寸和拓扑结构的参数化设计两个方面,并运用于模具设计中。模具尺寸的参数化设计在分析模具结构特点的基础上,提取出模具的主要设计参数,利用自顶向下的设计思路规划了模具的参数化设计流程;引入参数追溯概念,提出对主要设计参数进行追溯的方法,以便通过参数驱动模具尺寸的快速修改。模具拓扑结构的参数化设计结合CATIA的知识工程模块与面向对象的技术,实现参数化变更模具的拓扑结构。基于CATIA CAA二次开发平台,开发了复合材料固化框架式成型模具参数化设计系统,并给出实例验证。     

基于CATIA复合材料铺层设计

复合材料预浸料铺层成型易产生皱褶或凸起,而铺层设计是关键。以飞机双曲面罩类零件为例。运用CATIA复合材料设计方法,先通过对零件进行产品性能分析,确定曲面的不可展性;再对单层曲面进行网格离散化处理,计算出网格曲面模型上各点的高斯曲率,根据曲率最大值所在点确定剪口路径,最终将曲面进行展开;通过模拟铺层成型试验,对展开样板的准确性进行验证,有效地避免了皱褶或凸起的出现。     

复合材料模具模块化、规范化、数字化快速设计研究

复合材料构件成型模具规范化敏捷设计技术是飞机数字化制造的关键技术之一。根据复合材料热压罐固化成型模具的特点,分析了模具的结构特征、设计规范以及参数化设计的可行性,提出了复合材料固化成型模具模块化和参数设计的算法,在CATIA环境下开发实现了完整的复合材料固化模具设计的功能,并进行了实例化验证,为复合材料构件模具设计提供了一个有效的方法。     

基于CATIA的机床夹具元件快速造型方法

介绍了基于CATIA的CAA架构对实体进行参数化建模的方法,以一个航空夹具设计为实例,开发了基于CAA及零件特征的参数化航空夹具设计模块,为基于CATIA的航空夹具元件快速造型做了技术方法的探索.     

轻质量低成本无人机舵面结构优化与验证

复合材料蜂窝夹芯结构因其高比强度、比模量及可设计性而广泛应用于航空飞行器结构。文章提出了 1种轻质量、低成本舵面结构方案——通过增大蜂窝芯密度使其剪切模量提高,进而降低复合材料面板应力水平,减小面板厚度。首先,根据理论选择通过增大蜂窝密度提升蜂窝剪切模量;然后,对结构进行有限元计算与分析,发现蒙皮应力水平随蜂窝芯剪切模量增大而显著降低;最后,设计不同蜂窝芯密度的蜂窝夹芯结构进行试验。试验结果证明,蜂窝芯越致密,其典型力学性能越高,冲击后的剩余强度也越高。     

CATIA Tubing Design模块客户化研究

采用CATIA Tubing Design模块进行管路设计必须按设计标准进行客户化定制.研究了CATIA Tubing Design模块客户化定制的方法,包括项目定制、系统文件定制及管路零部件库定制.研究了管路零部件端头属性的兼容性规则及零部件的自动摆放规则,以实现管路零部件自动摆放；阐述了直硬管、弯硬管及软管的建模方法.     

复合材料纤维自动铺放过程碰撞干涉检测

基于七自由度复合材料纤维铺放机器人,对铺放过程中可能出现的碰撞干涉情况进行分析,建立了铺放机器人三维数字化模型,研究了基于实体布尔运算的碰撞干涉检测算法。基于CATIA CAA平台开发了碰撞干涉检测模块,集成于复合材料纤维自动铺放编程软件中,对某型飞机进气道的铺放过程进行了仿真,结果证明本文提出的算法可有效地检测碰撞与干涉。     

飞机复合材料起落架舱门优化设计

蜂窝夹芯复合材料逐渐取代铝合金成为舱门的首选材料,其刚度设计及结构减重在飞机的结构设计中十分重要。通过参数化建模建立了蜂窝夹芯结构复合材料舱门的有限元模型,并进行起落架舱门的模拟计算。在打开和关闭两种工况下以刚度和强度为约束,优化舱门的几何结构和复合材料参数。建立代理模型后采用多岛遗传算法和序列二次规划相结合进行优化,实现了蜂窝夹芯结构复合材料舱门的优化设计。通过优化设计,所得到的舱门比原铝合金舱门具有更高的强度和刚度。优化后复合材料舱门重量比优化前下降了11.5%,比铝合金舱门减少了39.6%,起落架舱门总重量明显降低。同时,建立代理模型后再优化的方法优化效率高,解决了多优化变量下找不到最优解的问题。     

复合材料构件成型模具的参数化设计

文摘实现复合材料构件成型工装的快速设计对缩短生产准备时间、提高构件质量具有重要意义。本文分析了复合材料构件成型模具的结构和建模特点及要求,提取了结构各部分的设计参数;基于CATIA和CAA平台开发了复合材料构件成型模具设计系统,并应用于飞机复合材料构件的成型模具设计中,验证了本文方法的可行性。     

飞机典型零件下陷的参数化设计

由于在CATIA软件钣金模块中,只支持平板类零件的下陷设计,不支持长桁类等复杂零件的下陷设计,本课题在CATIA二次开发平台上,利用面向对象的程序设计语言VB,基于参数化设计,开发了一个飞机典型零件下陷的参数化设计系统。     

航空发动机复合材料叶片曲面可铺性研究

根据转子叶片的曲面特性和服役环境,开展了复合材料叶片曲面可铺性分析研究,提出了一种基于预浸料纤维变形及纤维铺放方向双约束的复杂曲面复合材料构件可铺性分析方法,该方法既满足了复合材料构件曲面铺放工艺性要求,同时又满足构件结构承载要求。基于CATIA Automation技术在Visual Basic 6.0平台上开发了相应软件模块,利用叶片模型仿真验证了该算法。     

基于CATIA生成数控加工路径的机器人纤维铺放轨迹规划

纤维铺放轨迹规划是纤维铺放成型中控制加工路径的关键步骤,直接影响复合材料构件的成型精度和铺放效率。本文基于成熟的商业化CATIA数控加工编程软件进行纤维铺放轨迹计算,获取待处理的加工路径,利用矢量补充和格式转换算法解决了铺放轨迹信息与FANUC机器人兼容性差的问题;借助插值算法求出了输送点和剪断点,补充了铺放轨迹信息,进而得到了完整的铺放信息,缩短了开发周期。在基于FANUC机器人的铺放装备上对某飞机舱门进行铺放实验,验证了基于CATIA数控加工技术的纤维铺放轨迹生成方法具有可行性,铺放轨迹结束点位置误差及轨迹间距误差都在±0.5mm之内。     

蜂窝夹层复合材料的吸波性能

采用Nomex蜂窝芯、混合物吸收剂和酚醛树脂制备了蜂窝夹层复合材料,研究了蜂窝芯高度、蒙皮厚度和蜂窝芯增重对其吸波性能的影响.结果表明:随着蜂窝芯高度的增加,其夹层复合材料的-10 dB有效带宽向低频扩展,18 mm高度蜂窝夹层复合材料在2～18 GHz频段反射率均小于-10 dB;随着蒙皮厚度的增加,蜂窝夹层复合材料的低频反射率降低,但高频反射率升高;随着蜂窝芯黏附吸收剂质量的增加,其吸收峰频率向低频移动.     

基于工程应用的蜂窝夹层结构有限元建模方法

通过对蜂窝夹层结构受力特性的分析,提出了"组合元素法"的有限元建模方法,并通过典型受力蜂窝夹层结构的理论计算以及典型蜂窝壁板的强度试验,验证了方法的有效性,解决了飞机运动翼面复合材料蜂窝夹层结构的强度设计难题,同时也为航空、航天等其他类似结构的强度设计提供了借鉴和参考.