复合材料自动铺带技术研究(Ⅱ)——柱面上沿"自然路径"铺带的压辊坐标生成

根据可展曲面上“自然路径”与测地线等价原理,应用沿弧长展开方法,研究了柱面上“自然路径”轨迹生成、铺带头轨迹坐标和姿态坐标计算模型与方法,讨论了简单边界的处理原则与方法,为实现柱面自动铺带CAD/CAM提供了依据。     

复合材料自动铺带技术研究——曲面铺带轨迹算法

为满足自动铺带成型工艺要求,在自由曲面上规划预浸带轨迹。采用三角形网格划分逼近自由曲面方法,将商业CAD软件导出曲面的表面三角化数据格式（STL）文件用于曲面分析,对网格信息重构,建立点、边、面之间的关联信息。算法中应用“自然路径”原理在曲面上规划预浸带轨迹,研究了曲面边界处轨迹计算问题,提出了过三角形顶点出现“奇异性”问题的解决方法。通过在曲面上求解预浸带轨迹,证明了该算法的可行性。     

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。     

复合材料自动铺带技术研究(Ⅲ)——平面铺带CAD/CAM软件开发

根据所研制自动铺带样机的工作模式和结构特征，详细讨论了铺放平面凸多边形构件的自动铺放加工指令模型和算法，包括轨迹坐标生成与边界处理、考虑预切的切送带指令等。在Auto CAD平台上利用Object ARX技术开发了相应CAD／CAM软件，具有自动指令生成、交互设计和图形仿真等功能；经实际铺放检验，该软件能够满足平面自动铺带的基本要求。     

圆筒状构件的多层铺丝路径生成算法

提出一种将空间曲线投影在芯模曲面上生成铺丝路径的方法以用于成型圆筒状复合材料构件.首先,在芯模外侧创建与铺丝路径相对应的特定曲线,然后将曲线按特定方向投影在指定的偏置曲面上,形成初始路径.为了使路径轨迹覆盖整个曲面,给出路径在曲面上的等距偏移方法.另外,对路径偏移中出现的缝隙给出了填补方法,并使偏移后的路径轨迹延伸至曲...     

复合材料自动铺带技术研究(III)——平面铺带CAD/CAM软件开发

根据所研制自动铺带样机的工作模式和结构特征,详细讨论了铺放平面凸多边形构件的自动铺放加工指令模型和算法,包括轨迹坐标生成与边界处理、考虑预切的切送带指令等。在Auto CAD平台上利用ObjectARX技术开发了相应CAD/CAM软件,具有自动指令生成、交互设计和图形仿真等功能;经实际铺放检验,该软件能够满足平面自动铺带的基本要求。     

自动铺带成型压力控制技术

通过对自动铺带成型工艺过程的分析,论述自动铺放过程是成型压力作用下预浸带蠕变及回复的连续动态过程。经对预浸带蠕变过程分析,采用分阶段适应性调节铺带头压力的方法保持成型压力恒定,以保证预浸带在铺放后厚度均匀。结合自动铺带CAM软件,提出一种基于铺带轨迹控制点的分段调节铺带头成型压力的控制算法,并采用UMAC （Universal Motion and Automation Controller）控制系统设计相应的控制程序,最终实现成型压力分阶段调节子控制系统的搭建。     

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。     

大型筒段构件自动铺带成型技术

在研究自动铺带成型技术的基础上,提出了一种用于复合材料筒段构件自动铺带成型轨迹规划的设计方案。根据自动铺带成型系统的独有特点,提出专用于自动铺带成型系统的数控(NC)代码约定。在研究自动铺带成型CAD/CAM技术的基础上,开发针对大型筒段复合材料构件的专用CAD/CAM软件,并在自主开发的自动铺带成型设备上进行铺带成型实验验证。经实验验证,此自动铺带机专用CAD/CAM软件的开发相当成功,满足了大型复合材料筒段构件的实际生产需求。     

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。     

含孔曲面自动铺丝轨迹规划算法

针对现有开孔轨迹规划算法存在无法适应复杂曲面、计算效率较低、无法解决复合材料大型开孔构件自动铺丝轨迹规划的问题,首先对含孔曲面进行拓扑重构,基于纤维丝轨迹与近似孔中心点的几何关系确定需进行裁剪的纤维丝轨迹,降低算法计算量;其次针对开孔边界交点问题提出基于孔边界的交点求解算法,在满足精度要求的前提下可大幅度提升算法效率;然后针对纤维丝轨迹孔边界处理问题提出基于切线法的延长算法,以高效进行开孔边界处理;最后通过软件开发实现了提出的算法,并在多种构件模型上进行铺丝路径规划和实际铺放实验,验证了算法的效率和正确性。     

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.     

复合材料自动铺带技术——曲面铺带CAM技术

以自行研制的10轴龙门式自动铺带机为研究对象,建立铺带机的机构数学模型,基于D-H法求解运动学问题;根据数控技术原理并结合铺带机的工作特点,制定相应的数控代码;基于Visual C++6.0平台开发了曲面铺带数控代码生成系统,具有文件读取、参数设定、指令生成等功能和友好的人机交互界面.     

应用机器人自动铺丝技术成型卫星反射器面板

采用自动铺丝技术成型卫星反射器面板,通过机器人平台进行自动铺丝试验。根据反射器面板抛物线方程特性,采用等距偏移方法规划铺丝轨迹;通过分析自动铺放过程中铺放压力、铺放覆盖完整性以及铺放平整性对轨迹规划的要求,确定铺放压力为0.2 MPa、铺放丝束为4丝束。同时对机器人连杆机构及参数进行分析,基于CATIA软件DMU模块对铺丝轨迹进行仿真,并在26℃、16 mm/s铺放速度下通过自动铺放试验验证了反射器面板自动铺丝工艺成型的可行性。     

复合材料自动铺丝路径生成技术研究

基于自主研制的七自由度铺丝机,研究具有芯模的封闭构件自动铺丝路径规划技术,设计了通用的铺丝路径生成算法,可生成任意角度的铺丝路径。     

复合材料锥壳螺旋向铺层自动铺带成型方法

提出了一种基于两步法的复合材料锥壳螺旋向铺层自动铺带的成型方法,对锥壳螺旋向铺层几何原理进行了分析并对预浸带的预切割进行了设计和验证,对预切割装置进行了原理方案设计并利用CATIA软件进行了自动铺带验证。结果表明:两步法锥壳螺旋向铺带成型技术方案合理可行,预切割装置可以实现预浸带的切割、转录,采用通用铺带头即可以完成螺旋向铺层的自动铺带过程,采用锥壳等厚度铺叠、均匀加压和降低废料率等措施,大大提高制品质量并降低了构件加工成本。     

基于树脂基复合材料自动铺丝工艺的轨迹设计技术探讨

针对树脂基纤维增强复合材料自动铺丝过程中出现的纤维褶皱、分层等工艺缺陷,着重探讨不同轨迹设计方法(固定角、测地线、变曲率)在抑制工艺缺陷上的优劣。对不同轨迹规划方法进行了比较,最终给出针对不同曲面特征、不同铺丝工艺要求的轨迹设计方法。     

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。     

大开孔结构变角度纤维铺层优化设计研究

变角度纤维铺层能有效地增强结构刚度、减小应力集中，在很多领域得到广泛应用。本文对比了分区域设计直纤维铺层和变角度纤维铺层零件结构的优缺点，基于Patran的PCL语言开发出了纤维轨迹主应力法优化程序，以某飞机襟副翼复合材料层压板树脂传递模塑成形（RTM）支臂为例进行了纤维轨迹优化设计，分析了不同变角度纤维铺层数目和迭代次数对设计结果的影响，并和传统的分区域设计直纤维铺层模型进行了对比，得出了变角度纤维铺层能明显改善模型应变和位移的结论，且通过承载能力试验分析对比了分区域设计直纤维铺层和最外两层更换为变角度纤维铺层的RTM支臂的试验结果，得出了变角度纤维铺层能提高结构孔边强度和整体刚度的结论，验证了变角度纤维铺层的可行性及其优点。大开孔结构变角度纤维铺层优化设计对大开孔复合材料结构设计具有重要意义。     

双曲面自动铺带机床的构型改进

结合预浸带在铺叠过程中的特点,分析了铺带成型压力对铺带工艺过程和最终成型构件的影响.对双曲面的特点进行了研究,阐述了通用5轴铺带机在铺放此类曲面时所遇问题及对策.为了更好地解决传统铺带机由于缺少俯仰自由度所造成的铺带头压力方向与模具表面不能垂直的问题,提出了6轴自动铺带机构型,并分析了改进机构在铺放双曲面时的可行性以及...