復合材料構件數(shù)字化制造若干支撐技術研究.pdf

1、復合材料構件以其高比強度、高比模量、可設計性、耐熱、耐腐蝕、耐疲勞、隱身性好等獨特性能而日益受到各行各業(yè)的高度重視，并在汽車、兵器、電子、航空航天等領域得到越來越廣泛應用。復合材料的研究水平和應用程度是一個國家科技發(fā)展水平的重要體現(xiàn)，尤其在航空工業(yè)，各種先進的飛機無不與先進的復合材料技術緊密聯(lián)系在一起。 為滿足日益提高的飛機復合材料構件生產(chǎn)制造的要求，迫切需要全面應用數(shù)字化技術，改造現(xiàn)有的生產(chǎn)制造方式和流程，逐步實現(xiàn)復合材料構

2、件設計、制造的數(shù)字化和一體化。本文圍繞復合材料構件數(shù)字化制造的具體需求，研究數(shù)字化制造過程中的若干關鍵支撐技術，包括復合材料構件鋪層曲面的展開預處理、復合材料構件鋪層曲面的優(yōu)化展開、復合材料構件模具材料的智能選擇以及復合材料構件工裝零組件的快速裝配等，所取得的主要成果如下： 針對復合材料構件鋪疊成型中預浸料的鋪層展開需要，研究了曲面三角化、區(qū)域劃分、剪口等曲面展開預處理技術。提出了一種基于離散高斯曲率的曲面區(qū)域劃分方法，可有效

3、實現(xiàn)用于鋪層曲面展開的曲面區(qū)域劃分。研究并實現(xiàn)了曲面自適應曲面剪口算法，該算法將曲面上高斯曲率大于用戶所給閾值的點作為剪口起始點，再利用最短路徑生成算法生成剪口路徑，該算法可實現(xiàn)全封閉、單邊界、雙邊界、多邊界等類型曲面的自適應剪口。根據(jù)復合材料構件鋪層曲面展開的實際需求，本文還提出了一種交互式曲面剪口算法，根據(jù)用戶指定的剪口路徑關鍵點，算法可生成符合用戶需求的剪口路徑。為了提高材料的下料效率和利用率，簡化后續(xù)的排樣工作，進一步提出了一種

4、剪口路徑優(yōu)化算法，可有效消除鋸齒狀的剪口路徑，實現(xiàn)剪口路徑的平直化。 提出了一種以中心三角片為基三角片的“漣漪式”曲面展開方法，該方法能快速獲得曲面的初始展開，有效減少累積誤差。在獲得曲面初始展開的基礎上，提出了一種改進的基于彈簧-質點模型的曲面優(yōu)化展開算法，算法的改進主要體現(xiàn)在以下幾個方面：自適應時間步長的應用提高了算法的速度和穩(wěn)定性；通過對模型中各質點懲罰力的計算，實現(xiàn)了翻轉三角片的整體調整；算法還綜合利用初速度和忽略初速

5、度兩種方法所具有的優(yōu)點，使得展開過程中翻轉三角片的快速調整、迭代的快速收斂等關鍵問題得到了較為圓滿的解決。該算法能夠快速獲得網(wǎng)格數(shù)量較大的復雜曲面的優(yōu)化展開，有效消除初始展開及優(yōu)化過程中出現(xiàn)的翻轉三角片，提高了復雜鋪層曲面的展開質量。 提出了一種基于網(wǎng)格邊的復雜曲面優(yōu)化展開的新方法。該方法以曲面三角網(wǎng)格中各網(wǎng)格邊長為優(yōu)化變量，以展開前后網(wǎng)格邊長誤差最小為優(yōu)化目標，以網(wǎng)格中各內部點均可展為約束條件，并采用牛頓法和矩陣分塊等方法對

6、該優(yōu)化問題進行求解，構造出與原始曲面網(wǎng)格邊長誤差最小的可展曲面，并對構造出的可展曲面用“漣漪式”展開方法進行展開，從而實現(xiàn)復雜曲面的優(yōu)化展開。該方法具有穩(wěn)定、收斂速度快、展開精度高、展開操作簡單等優(yōu)點，可應用于網(wǎng)格數(shù)量較小的復雜鋪層曲面的優(yōu)化展開。 設計復合材料構件鋪疊成型模具時，模具材料的選擇至關重要。在分析研究復合材料構件模具材料選擇的知識和經(jīng)驗的基礎上，本文提出了一種模具材料選擇模糊決策方法，該方法運用加權多因素模糊模式

7、識別技術，同時結合基于規(guī)則的推理（RBR）技術和權重動態(tài)調整技術，實現(xiàn)了具有一定自適應功能的復合材料構件模具材料的模糊決策。 針對復合材料構件工裝快速裝配的要求，提出了“批裝配”的概念，解決了“批裝配”實現(xiàn)過程中裝配特征的定義、零件實例化、實時預覽等關鍵技術，實現(xiàn)了螺栓聯(lián)接、螺釘聯(lián)接、銷聯(lián)接等零組件的快速裝配設計，大大減輕了設計人員的裝配設計工作，提高了裝配設計的效率。在對當前典型工裝組件庫中的實體模型、零組件參數(shù)表、組件的預