纤维铺放轨迹的网格化生成法.pdfVIP

纤维铺放轨迹 的网格化生成法 口 邵忠喜 - 口 孙 逊 口 富宏亚 1．哈尔滨工业大学 机电学院 哈尔滨 150001 2．大庆油田装备制造集团 黑龙江大庆 163255 摘 要：提出了一种 自由曲面纤维铺放轨迹生成的新方法，即以自由曲面的网格化数据为基础，在每个二维四边彤单 元中时铺放轨迹进行计算与分析。对于这种计算方法出现的各种情况进行了详细的分类讨论，推导了铺放轨迹点的理论公 式。利用此方法生成的铺放轨迹曲线光滑，不会出现曲线突变的情况。该方法具有算法简单，易于程序实现的特点。 关键词 ：纤维铺放 轨迹 网格化 自由曲面 中图分类号：TH145．2+3 文献标识码：A 文章编号：1000—4998(2009)11—0051—03 纤 维铺放 技 术 (FiberPlacement)是在 缠 绕 和 自动 uG 的 网格 生成 铺带基础上发展起来 的一种低成本复合材料 的 自动制 器 支 持 多种 类 型 的 造技术 。它通过把 带状 复合材料纤维丝束铺在转动 的 网 格 ，包 括 三 维 网 芯模上 的方法来制造具有 凹面及 凸面 的复杂零件结 格 、二 维 网格 、一 维 构 ，适用于简单 的回转体 ，如 ：筒 、管 、球 、锥等 ，也可 以 网格 、零 维 网格 和 接 用于制备飞机的机身 、机翼及汽车车身等非 回转体部 触 网格 等 。本 文 选 择 件 。特别 适用 于各种航 空航 天器 、武 器装 备等高科技领 二 维 网格 中 四节 点 域 。纤维铺放技术大体分为软件和硬件两大部分 。其 中 四 边 形 薄 壳 单 元 软件部分 中纤维铺放轨迹 的 自动生成是关键技术之 (Quad4ThinShell，以下称 四边形 单元 )类 型 ，对 自由曲 一 ， 直接关系到铺放能否成功和铺放后零件 的性能 。 面进行 网格划分 ，见 图1为划分 网格后 自由曲面 。利用 国外这项技术 已经非常成熟 ，在航空 、汽车 、船舶 、 UG 的识别功能输 出网格节 点 的坐标信 息和 四边形单 医学等领 域 中已成功应用 。在 硬件方 面 ，出现 了能够进 元与 网格节点 的对应关系 ，其输 出的文件结构见表 1、 行双 向铺放 的铺放头 ，成型设备总 自由度达到7个 、丝 表2。在这些数据 的基础上编制程序寻找相邻 的单元编 束数 目可达32根 ，预计 到2010~ 上~ ff60多 台纤 号 。这 样 就建 立 的 网格 单 元 、顶点 的拓 扑关 系 ，以此数 维铺 放 机 投入 使 用 。在 软件 方 面 ，已经 开 发 出适用 于 据为基础计算铺放轨迹 。 CAD 系 统 的 CEE(CompositeEngineeringEnvironment) 2 基于网格化数据铺放轨迹的求取 软件 ，CEE能够生成铺 放数 据文件 ，该数 据文件 包含零 件铺层表 、铺层 、铺层方 向等信 息 。国内这项技术 刚刚 2．1 铺放 轨迹 计算 方法概述 起 步 ，相应 的设备 、技术 正处于研 究 阶段 。 在 图2～5中，ABCD是 四边形 网格单元 ，向量 g是 本文将 自由曲面 以二维 四边形 为单元离散成 网格 铺 放基 准 向量 ，将 向量 g起 始点移到铺放 轨迹 起 点 E 数据 ，对二维 四边形单元进行计算 ，求与铺放基准 向量 得 到铺 放基 准 向量 EM ， 表 1 单元信息 成 一定角度的铺 放轨迹 向量 与二维 四边形单 元边 的交 EM 将顺 时针 旋转 角度 (bl单元编号 单元对应的节点编号 点 ，将这些交点顺次连接得到铺放轨迹 。这种纤维铺放 (铺 放 角 )得 到