復(fù)合材料鋪層排樣技術(shù)研究與開發(fā).pdf

1、復(fù)合材料因其比強度高、比模量大、材料的剛度和強度可設(shè)計等一系列優(yōu)點，在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但高昂的價格成了復(fù)合材料應(yīng)用的最大壁壘。國外的研究和應(yīng)用成果表明數(shù)字化技術(shù)是降低復(fù)合材料構(gòu)件制造成本、提高構(gòu)件性能的有效途徑。目前國內(nèi)主要還以手工設(shè)計和手工制造為主、自動化程度不高，不僅浪費人力、物力，而且產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，因此有必要對復(fù)合材料數(shù)字化技術(shù)進行研究。優(yōu)化排樣是復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)。 本文在研究各種排樣算

2、法的基礎(chǔ)上，提出了新的矩形件排樣算法、優(yōu)化算法以及不規(guī)則樣片的排樣算法，并與復(fù)合材料鋪層排樣的特點相結(jié)合開發(fā)了復(fù)合材料鋪層排樣軟件。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下： 矩形件排樣不僅適用于矩形樣片的排放，也是不規(guī)則樣片排樣的基礎(chǔ)。本文在建立矩形件排樣數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，介紹了各種常見的定序列矩形件排樣算法并分析其特點，提出了一種新的啟發(fā)式排樣算法——最低輪廓線搜索算法。該算法滿足“最下最左”條件，克服了其他排樣算法對某些排樣圖不能給出排列

3、的缺點，實驗結(jié)果表明該算法排樣效果好于最低水平線算法和最下最左（BL）算法。利用該算法實現(xiàn)了大量不同規(guī)格圖紙的集中出圖，省時省力，節(jié)約紙張20~50％。 矩形件排樣問題具有圖形運算和組合優(yōu)化兩方面的特性，單純的排樣算法只能解決圖形運算問題，樣片的排放順序?qū)ε艠咏Y(jié)果同樣重要。針對較小規(guī)模(一般少于100個圖形)的矩形件排樣問題，本文提出了模擬退火與最低輪廓線搜索算法相結(jié)合的綜合優(yōu)化算法。對于十多個圖形的排樣，該算法可短時間內(nèi)求得最

4、優(yōu)解；對于近百個圖形的排樣，在排樣效果相當(dāng)?shù)那闆r下，該算法比其他基于模擬退火的綜合優(yōu)化算法效率提高百倍以上。針對大規(guī)模矩形件排樣問題，本文提出了蟻群算法與最低輪廓線搜索算法相結(jié)合的綜合優(yōu)化算法，該算法比模擬退火與最低輪廓線算法相結(jié)合的綜合優(yōu)化算法效率提高十倍以上。 不規(guī)則圖形排樣是所有排樣研究中的熱點和難點。本文將不規(guī)則樣片簡化成多邊形進行排樣，提出了兩種不同的解決方法：一是基于矩形的排樣方法，二是直接對多邊形進行排樣?；诰匦?/p>

5、求解不規(guī)則樣片排樣時，將圖形運算、矩形件排樣算法及交互調(diào)整相結(jié)合，提出了基于矩形的多邊形綜合排樣算法。通過各種優(yōu)化組合策略，對單一樣片和多種樣片進行組合求其最小包絡(luò)矩形，從而將不規(guī)則形狀樣片排樣轉(zhuǎn)化為矩形件排樣進行求解。直接排放多邊形時，重點研究兩個多邊形的臨界多邊形（NFP）的求解。首先對基于傾斜圖法的NFP求解法進行了改進和優(yōu)化，完善了凹、凸兩多邊形NFP的求解，然后提出了適用于任意兩多邊形NFP求解的邊界繞行法，該方法比基于傾斜圖