三維編織復合材料幾何成型仿真及算法研究.pdf

1、隨著三維編織復合材料在國民經(jīng)濟各個方面的廣泛應(yīng)用，研究三維編織復合材料的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和成型工藝，進而定量分析它的各種性能已經(jīng)成為一門新興的科學。充分利用計算機強大的計算和圖形處理功能，建立數(shù)字化的幾何模型，對三維復合材料的力學研究和設(shè)計等課題有著重大的意義。 本文從三維復合材料的編織工藝入手，對廣泛應(yīng)用的四步編織法工藝中攜紗器的運動方式做了詳細的分析。根據(jù)每編織工藝，總結(jié)了其編織過程中攜紗器的運動規(guī)律，以此為基礎(chǔ)將預成形件劃分為內(nèi)部

2、、表面和棱角區(qū)域，歸納了預成形件中的紗線構(gòu)造，定義了預制件的單胞模型，建立了紡織工藝參數(shù)與幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的數(shù)學模型，導出了編織工藝參數(shù)之間的關(guān)系式，為后繼的算法設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。 根據(jù)紗線的空間結(jié)構(gòu)和受力分析，得出紗線橢圓形橫截面的結(jié)論。并且利用曲線擬合的方法得出了紗線的幾何模型。以三維編織工藝中的四步法為例，詳細闡述了三維復合編織材料的幾何成型仿真算法的思路，針對四步法編織工藝的特點提出了固定網(wǎng)格法來分步模擬。首先解決了方

3、形四步編織工藝算法的設(shè)計，然后分析了方形四步編織工藝和圓形四步編織工藝的異同點，利用展開截面的方法把圓形截面近似為方形截面，將兩種不同截面編織工藝聯(lián)系起來。在方形四步編織工藝算法的基礎(chǔ)上進行開發(fā)，完成了圓形四步編織法的算法。并且結(jié)合關(guān)鍵代碼對兩種算法的實現(xiàn)過程做了重點說明。 最后以AutoCAD VBA為二次開發(fā)平臺，利用紗線的幾何模型開發(fā)了B樣條插值算法，處理所得數(shù)據(jù)并生成了預制件的實體模型，實現(xiàn)了三維編織預制件的幾何成型仿真