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(qiáng)度、高比模量、可設(shè)計(jì)性、耐熱、耐腐蝕、耐疲勞、隱身性好等獨(dú)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(lái)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(gè)國(guó)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(jìn)的飛機(jī)無(wú)不與先進(jìn)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(jī)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(shí)現(xiàn)復(fù)合材料構(gòu)

2、件設(shè)計(jì)、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(guò)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(kāi)預(yù)處理、復(fù)合材料構(gòu)件鋪層曲面的優(yōu)化展開(kāi)、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(duì)復(fù)合材料構(gòu)件鋪疊成型中預(yù)浸料的鋪層展開(kāi)需要，研究了曲面三角化、區(qū)域劃分、剪口等曲面展開(kāi)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(shí)現(xiàn)用于鋪層曲面展開(kāi)的曲面區(qū)域劃分。研究并實(shí)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(diǎn)作為剪口起始點(diǎn)，再利用最短路徑生成算法生成剪口路徑，該算法可實(shí)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(kāi)的實(shí)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(diǎn)，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(jiǎn)化后續(xù)的排樣工作，進(jìn)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(shí)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(kāi)方法，該方法能快速獲得曲面的初始展開(kāi)，有效減少累積誤差。在獲得曲面初始展開(kāi)的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)的基于彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型的曲面優(yōu)化展開(kāi)算法，算法的改進(jìn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：自適應(yīng)時(shí)間步長(zhǎng)的應(yīng)用提高了算法的速度和穩(wěn)定性；通過(guò)對(duì)模型中各質(zhì)點(diǎn)懲罰力的計(jì)算，實(shí)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(diǎn)，使得展開(kāi)過(guò)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(wèn)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(kāi)，有效消除初始展開(kāi)及優(yōu)化過(guò)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(kāi)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(kāi)的新方法。該方法以曲面三角網(wǎng)格中各網(wǎng)格邊長(zhǎng)為優(yōu)化變量，以展開(kāi)前后網(wǎng)格邊長(zhǎng)誤差最小為優(yōu)化目標(biāo)，以網(wǎng)格中各內(nèi)部點(diǎn)均可展為約束條件，并采用牛頓法和矩陣分塊等方法對(duì)

6、該優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，構(gòu)造出與原始曲面網(wǎng)格邊長(zhǎng)誤差最小的可展曲面，并對(duì)構(gòu)造出的可展曲面用“漣漪式”展開(kāi)方法進(jìn)行展開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的優(yōu)化展開(kāi)。該方法具有穩(wěn)定、收斂速度快、展開(kāi)精度高、展開(kāi)操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，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(kāi)。 設(shè)計(jì)復(fù)合材料構(gòu)件鋪疊成型模具時(shí)，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(shí)和經(jīng)驗(yàn)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(yùn)用加權(quán)多因素模糊模式

7、識(shí)別技術(shù)，同時(shí)結(jié)合基于規(guī)則的推理（RBR）技術(shù)和權(quán)重動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)，實(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)過(guò)程中裝配特征的定義、零件實(shí)例化、實(shí)時(shí)預(yù)覽等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)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(jì)，大大減輕了設(shè)計(jì)人員的裝配設(shè)計(jì)工作，提高了裝配設(shè)計(jì)的效率。在對(duì)當(dāng)前典型工裝組件庫(kù)中的實(shí)體模型、零組件參數(shù)表、組件的預(yù)