纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件多尺度幾何建模技術(shù)研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有輕量化、高強(qiáng)度、可設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，在航空航天、船舶、汽車(chē)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著復(fù)合材料需求量的快速增長(zhǎng)，其材料可設(shè)計(jì)性帶來(lái)的設(shè)計(jì)成本高等問(wèn)題逐漸突顯，制約了其進(jìn)一步發(fā)展，針對(duì)該問(wèn)題，本文以復(fù)合材料層合板為對(duì)象，研究了復(fù)合材料產(chǎn)品多尺度幾何建模技術(shù)，提出了基于自頂向下設(shè)計(jì)理論的結(jié)構(gòu)材料一體化復(fù)合材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)，將設(shè)計(jì)過(guò)程分為概念設(shè)計(jì)、幾何設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)，并將該研究成果應(yīng)用于所開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)中。
　　本文以產(chǎn)品

2、的特征化建模為基礎(chǔ)，研究了復(fù)合材料產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)與建模方法。根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與材料屬性，建立基于特征信息的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣，在點(diǎn)陣分區(qū)的基礎(chǔ)上建立基于材料屬性的纖維束微觀模型，最終得到集成特征點(diǎn)陣與材料模型的產(chǎn)品概念模型。該模型實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)信息的數(shù)字化，完成了結(jié)構(gòu)信息與材料信息的耦合，體現(xiàn)了復(fù)合材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的多尺度性。
　　以上述概念模型為基礎(chǔ)，研究了基于NURBS曲面的復(fù)合材料產(chǎn)品幾何建模技術(shù)。建立基于特征點(diǎn)陣的NURBS曲面產(chǎn)品

3、結(jié)構(gòu)幾何模型。針對(duì)復(fù)合材料產(chǎn)品的多尺度特性，建立基于NURBS曲面分割與擬合的產(chǎn)品分區(qū)多層材料幾何模型，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)階梯層交界區(qū)域的過(guò)渡曲面擬合建模。幾何設(shè)計(jì)最終得到以曲面為基本單元的結(jié)構(gòu)與材料一體化模型，該模型繼承了概念設(shè)計(jì)信息，以宏-細(xì)觀多尺度的方式表達(dá)了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與材料信息。
　　在上述幾何模型的基礎(chǔ)上，研究了基于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的復(fù)合材料產(chǎn)品工程建模技術(shù)。針對(duì)有限元網(wǎng)格，設(shè)計(jì)了基于NURBS曲面等參線(xiàn)的密度可控結(jié)構(gòu)網(wǎng)格建模算法。針

4、對(duì)復(fù)合材料層合板的工程缺陷，分別設(shè)計(jì)了基于隨機(jī)分布和概率譜分布的單層缺陷位置分布模型，進(jìn)一步建立了隨機(jī)橢球結(jié)構(gòu)的氣泡缺陷微觀單胞模型，與缺陷位置分布模型互為映射。工程設(shè)計(jì)最終得到定義了缺陷信息的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)網(wǎng)格模型，該模型與有限元網(wǎng)格相匹配，完成了宏觀網(wǎng)格與微細(xì)觀缺陷的多尺度化定義，為工程分析及試驗(yàn)提供了模型支撐。
　　基于本文的研究成果，開(kāi)發(fā)了復(fù)合材料產(chǎn)品幾何建模系統(tǒng)。完成了基于Open Inventor渲染核心的原型系統(tǒng)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)