復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化制造若干支撐技術(shù)研究.pdf

1、復(fù)合材料構(gòu)件以其高比強度、高比模量、可設(shè)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(lǐng)域得到越來越廣泛應(yīng)用。復(fù)合材料的研究水平和應(yīng)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(fù)合材料技術(shù)緊密聯(lián)系在一起。 為滿足日益提高的飛機復(fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)制造的要求，迫切需要全面應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，改造現(xiàn)有的生產(chǎn)制造方式和流程，逐步實現(xiàn)復(fù)合材料構(gòu)

2、件設(shè)計、制造的數(shù)字化和一體化。本文圍繞復(fù)合材料構(gòu)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(guān)鍵支撐技術(shù)，包括復(fù)合材料構(gòu)件鋪層曲面的展開預(yù)處理、復(fù)合材料構(gòu)件鋪層曲面的優(yōu)化展開、復(fù)合材料構(gòu)件模具材料的智能選擇以及復(fù)合材料構(gòu)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(fù)合材料構(gòu)件鋪疊成型中預(yù)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(yù)處理技術(shù)。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(yīng)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(yīng)剪口。根據(jù)復(fù)合材料構(gòu)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(guān)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(chǔ)上，提出了一種改進的基于彈簧-質(zhì)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(yīng)時間步長的應(yīng)用提高了算法的速度和穩(wěn)定性；通過對模型中各質(zhì)點懲罰力的計算，實現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)三角片的整體調(diào)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(zhuǎn)三角片的快速調(diào)整、迭代的快速收斂等關(guān)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(fù)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(zhuǎn)三角片，提高了復(fù)雜鋪層曲面的展開質(zhì)量。 提出了一種基于網(wǎng)格邊的復(fù)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(nèi)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(gòu)造出與原始曲面網(wǎng)格邊長誤差最小的可展曲面，并對構(gòu)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(fù)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(yīng)用于網(wǎng)格數(shù)量較小的復(fù)雜鋪層曲面的優(yōu)化展開。 設(shè)計復(fù)合材料構(gòu)件鋪疊成型模具時，模具材料的選擇至關(guān)重要。在分析研究復(fù)合材料構(gòu)件模具材料選擇的知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)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(quán)多因素模糊模式

7、識別技術(shù)，同時結(jié)合基于規(guī)則的推理（RBR）技術(shù)和權(quán)重動態(tài)調(diào)整技術(shù)，實現(xiàn)了具有一定自適應(yīng)功能的復(fù)合材料構(gòu)件模具材料的模糊決策。 針對復(fù)合材料構(gòu)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(yù)覽等關(guān)鍵技術(shù)，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(shè)計，大大減輕了設(shè)計人員的裝配設(shè)計工作，提高了裝配設(shè)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(yù)