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。     

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。     

飞机设计曲面快速分割程序开发与应用

阐述了基于CATIA V5系统进行二次开发,将飞机设计过程中需要在CAE分析软件中进行有限元网格划分的曲面在CATIA中实时分割成多个区域的实现方法。针对包含多个待分割曲面的数模文件,程序利用该文件中的曲线集合对所有的曲面进行区域分割,剔除噪声元素后得到分割结果,并保持分割结果与原始曲面的关联关系。在减少手工操作时间、实现与设计数据的同步更新、提高CAE分析工作的效率等方面取得明显效果。     

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的蜂窝展开设计及误差分析

介绍了基于CATIA的蜂窝展开的总体设计思路和模型构建方法,分别在创成式外形设计模块和FiberSIM模块的CEE工程环境下进行复合材料蜂窝展开,通过CATIA的复合材料模块进行蜂窝展开后的误差分析,发现了曲率与蜂窝展开误差之间的关系,最后给出蜂窝展开设计流程,可用于指导复合材料蜂窝结构设计和展开工作。     

基于三角剪切变形理论的对称层合板振动分析

根据三角剪切变形层合梁理论,推导出对称复合材料层合板的运动微分方程,利用逆复合二次径向基函数无网格配点法对运动微分方程进行离散,预测了对称复合材料层合板的自由振动特性。将不同材料参数、几何尺寸的层合板固有频率计算结果与相关文献中的结果进行对比,结果表明：用逆复合二次径向基函数离散的三角剪切变形理论在对称复合材料层合板自由振动分析方面具有一定的精度。     

复合材料数据转换接口开发

由于复合材料的各向异性、耦合效应、层间剪切等特殊性质,复合材料结构的精确分析仿真已成为现代产品结构设计的迫切需求.基于CATIA和PATRAN二次开发,使复合材料结构模型相关数据精确地转换到有限元软件PATRAN中,将几何图形、铺层的力学性能、铺层方向、铺层形式直接体现在分析仿真中.     

复合材料铺丝成型中的路径规划

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.首先根据铺丝意图设计空间曲线,然后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即是铺丝参考线,再对其进行等距得到一条铺丝路径,进而得到所有路径.经过算例进行验证,该算法能实现任意方向的纤维铺放,满足铺丝技术工艺要求.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.     

纤维丝束可铺放性分析技术

通过对复合材料及其先进制造技术进行分析,结合铺放工艺性,提出基于三角网格的复合材料丝束可铺放性分析技术。在现有丝束基准路径和等距路径规划方法中融入分析机制,并系统分析丝束中心线转弯半径和角度偏差等指标。通过分析结果建立分区机制,将原铺层面进行区域划分,并独立进行丝束几何规划,提高制品质量。结合CATIA二次开发工具CAA在Microsoft Visual Studio 2005平台上实现丝束几何生成与分析功能,并对分析结果与分区结果的正确性进行验证。此研究为复合材料先进制造技术的发展提供了重要思路。     

局部寻优算子库在复合材料层合板强度优化设计中的应用

应用改进后的遗传算法对复合材料层合板的强度进行优化设计,给出局部寻优算子库的结构和组成,以层合板的强度比为优化目标,建立基于局部寻优算子的遗传算法优化模型。研究了不同局部寻优算子对铺层优化算法的收敛速度及铺层优化结果的影响。采用面向对象语言开发了改进后的复合材料层合板的强度优化系统,系统在已开发的材料库和零件数模库基础上,可自动获取材料和零件数模信息,最后通过算例求解最优强度时的铺层顺序。将优化结果和标准遗传算法的结果进行对比分析,证明了优化模型的有效性和改进后遗传算法的优越性。     

航空发动机管路测量数据分割方法

 为了提高航空发动机管路测量数据的反求建模效率,提出了一种区域增长分割算法。该方法主要是利用管路表面在曲面索引系数映射、主曲率映射、高斯映射上的特性,并基于均值漂移算法和遗传算法提出了区域分割算法中种子区域的选择策略。然后利用区域增长分割方法实现了对管路测量数据的分割。经过仿真和实测数据验证,所提管路分割算法具有较好的分割质量和效率。     

基于CATIA V5系统的非金属曲面零件展开方法研究

提出了一种应用于飞机非金属曲面零件简便实用的展开方法。基于CATIA V5系统环境下,应用可展直纹面分块拟合零件定义复杂曲面,将零件三维轮廓按拟合直纹面进行分块展开,所得的分块展开轮廓在二维工程图纸环境中依据给定的规则拼接成零件完整展开图形,实现此类非金属曲面零件的展开。分析了展开方法产生的误差,给出了实用的展开精度控制方法,实现了在未进行二次开发情况下,获得满足此类零件工程制造精度要求的二维展开图形数据。     

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。     

Experimental study of curvature effects on jet impingement heat transfer on concave surfaces

Experimental study of the local and average heat transfer characteristics of a single round jet impinging on the concave surfaces was conducted in this work to gain in-depth knowledge of the curvature effects. The experiments were conducted by employing a piccolo tube with one sin-gle jet hole over a wide range of parameters: jet Reynolds number from 27000 to 130000, relative nozzle to surface distance from 3.3 to 30, and relative surface curvature from 0.005 to 0.030. Exper-imental results indicate that the surface curvature has opposite effects on heat transfer characteris-tics. On one hand, an increase of relative nozzle to surface distance (increasing jet diameter in fact) enhances the average heat transfer around the surface for the same curved surface. On the other hand, the average Nusselt number decreases as relative nozzle to surface distance increases for a fixed jet diameter. Finally, experimental data-based correlations of the average Nusselt number over the curved surface were obtained with consideration of surface curvature effect. This work con-tributes to a better understanding of the curvature effects on heat transfer of a round jet impinge-ment on concave surfaces, which is of high importance to the design of the aircraft anti-icing system.     

壁板外形曲面展开及其在展开建模中的应用

在飞机制造领域，飞机翼面大多为不可展曲面，所以无法对翼面进行精确的展开，只能通过某种算法近似得到其展开面。本文采用纯数学的曲面展开方法，展开过程中不考虑材料的力学性能，只对曲面进行几何分析，从而计算出其展开平面。本文介绍了曲面的展开方法，并利用CATIA软件的功能，以Visual C＋＋为平台，编写了曲面展开程序，并举例说明曲面展开程序在壁板展开建模中的应用。     

弧齿锥齿轮齿面曲率干涉判断方法与实验验证

提出一种基于齿面拓扑结构的齿面曲率干涉判断方法,通过构造两齿面拓扑偏差判断齿面曲率干涉.这种方法不仅可以直观地判断是否发生齿面曲率干涉,而且可以对其实际啮合位置进行预判.对一对弧齿锥齿轮齿面曲率干涉进行了计算,分析结果显示小轮工作面大端、小端和齿顶曲率干涉,齿面印痕应位于大端和小端,小轮非工作面齿顶曲率干涉.在数控铣齿机加工该弧齿锥齿轮副并检测齿面印痕,工作面齿面印痕位于小轮大端和小端,非工作面小轮齿顶出现了齿顶接触的现象,检测结果与该方法预判结果一致.      

Experimental study of single-row chevron-jet impingement heat transfer on concave surfaces with different curvatures

To address the curvature effect on single-row chevron-nozzle jet impingement heat transfer on concave surface, a series of experiments are conducted in the present investigation.Four concave surfaces including one semi-cylindrical concave surface and three parabolic concave surfaces with different width-to-depth ratios are tested under three typical Reynolds numbers(Re = 5000,10000 and 15000) and several dimensionless nozzle-to-surface distances ranging from 1 to 8.The results show that the concave curvature has a clear impact on chevron-nozzle jet impingement heat transfer, tightly dependent on jet Reynolds number and impinging distance.In general, the semicylindrical concave surface produces the highest longitudinally-averaged Nusselt number at the leading line of concave surface.Under a low jet Reynolds number, the parabolic concave surface with a highly curved curvature produces higher longitudinally-averaged Nusselt number at the leading line and more uniform longitudinally-averaged Nusselt number distribution along the curvilinear direction.However, the longitudinally-averaged Nusselt number at the leading line of concave surface is the lowest for the highly curved surface under a high jet Reynolds number and large impinging distance.In comparison with the round-nozzle, chevron nozzle plays a more significant role on improving jet impingement heat transfer at small impinging distances.     

一种机器人砂带磨削的路径规划方法(英文)

机器人砂带磨削系统具有弹性接触和宽行加工两个显著优点,被广泛应用在具有复杂工件的终加工领域,提高表面质量和加工效率。有关在曲率约束下的磨削路径规划研究较为少见。由于工件与接触轮之间存在复杂的弹性接触,因此,机器人磨削路径可以利用接触运动学的一般方法来求解。机器人砂带磨削过程且需要满足一般的砂带磨削工艺要求,其中最重要的是保证接触轮与工件的局部几何特征贴合。在曲率较小的局部,相邻刀位点的弧长加大,以保证加工效率。相反地,在曲率较大的局部,相邻刀位点的弧长较小,以保证加工精度。利用一系列平面与目标曲面相截,得到相应的截平面的轮廓曲线。对于任意一条轮廓线,优化相邻刀位点之间的弧长,在曲率较大的局部增加一个中间刀位点。本文提出了一种包含弧长优化和主曲率匹配的磨削路径生产方法,通过离线仿真验证了有效性,并利用该方法提高了曲面的磨削质量。该路径规划方法为生成光顺且精确的机器人曲面磨削路径提供了理论依据。     

抛物化稳定性方程在曲面边界层中的应用

为了研究抛物化稳定性方程在曲面边界层中的应用,选取了等曲率圆环管道、等曲率板和NACA0012翼型3种典型的曲面边界层.通过计算小幅值扰动波的演化,抛物化稳定性方程的计算结果和线性稳定性理论、数值模拟扰动方程结果相符,说明可以使用抛物化稳定性方程研究曲面边界层的小幅值扰动波的演化和稳定性分析;通过计算有限幅值扰动波的演化,线性阶段抛物化稳定性方程计算结果和扰动方程相符,在非线性很强的阶段,抛物化稳定性方程计算发散,发散的位置可作为转捩位置.