[发明专利]非可展曲面零件自动纤维铺放变角度轨迹规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非可展曲面零件纤维铺放轨迹规划方法。

背景技术

自动铺放技术是实现大尺寸、复杂形状复合材料构件成型的先进制造技术之一。在自动纤维铺放过程中，所采用的轨迹规划算法会直接影响到最终复合材料构件的各项性能及铺放过程的复杂程度。目前，在实际生产中，最为常用的是采用定角度铺放方式所制造0°铺层、45°铺层和90°铺层。荷兰代尔夫特理工大学的研究人员提出了“变刚度”铺层铺放，这类铺层刚度的变化是由于铺放角度的不断变化所导致的，针对变角度铺放，他们研究了测地线方式、常曲率方式及角度线性变化方式的轨迹规划算法。但无论是目前采用的传统的定角度铺放方式，还是Gurdal等人研究的“变刚度”铺层，都存在共同的缺点，即在纤维铺放过程中(除始端和末端外)，都会不可避免的出现剪切和重送的现象。而出现的剪切和重送的现象，一方面会对复合材料构件的外形精度和对各项性能产生影响，另一方面会使纤维铺放过程的复杂程度加剧。

发明内容

本发明的目的是为解决非可展曲面零件在自动纤维铺放过程中不可避免的出现剪切和重送的现象，影响复合材料构件的外形精度和对各项性能产生影响，使纤维铺放过程的复杂程度加剧的问题，提供一种非可展曲面零件自动纤维铺放变角度轨迹规划方法。

本发明解决上述问题采取的技术方案有三个，分别是：

方案一：非可展曲面零件自动纤维铺放变角度轨迹规划方法，所述方法由以下步骤实现：

步骤一：获取非可展曲面零件的数据信息；

所述非可展曲面零件为非可展回转筒类零件，所述非可展回转筒类零件的轴线为直线，与所述轴线垂直的截面均为圆截面，非可展回转筒类零件的母线为样条曲线；

将所述轴线等分成m-1份，过数个等分点m作所述轴线的垂面，得到非可展回转筒类零件的外侧面与所述垂面的数条交线，定义数条交线组合构成交线数组z，同时测量每条交线的长度；

步骤二：计算每条交线上的预浸丝束的铺放参考角；

定义交线数组z中周长最短的交线为z₀，以交线数组z中周长最短的交线z₀为标准，设定预浸丝束的铺放参考方向与轴线之间的夹角为预浸丝束的铺放参考角α，则预浸丝束铺放的有效宽度W_e＝(b×c)/cosα；当预浸丝束的铺放参考方向与轴向方向一致时，则预浸丝束的铺放参考角α为0°，此时，预浸丝束铺放的有效宽度W_e等于其实际宽度W_a，即预浸丝束铺放的实际宽度W_a＝b×c；其中：b为预浸丝宽度，mm；c为预浸丝根数；设定预浸丝束的铺放轨迹的条数为N，则

其中，L_min为交线数组z中周长最短的交线z₀的长度，mm；表示取舍去小数点后的整数；α_min为所述周长最短的交线z₀上的预浸丝束的铺放参考角，α_min的取值范围为0-90°；设定交线数组z中的各交线上的预浸丝束的铺放参考角为α_z，则

αz=arccos(Lz(b×c)·N)(1≤c)---(2)]]>

其中，L_z为交线的长度；

步骤三、确定初始轨迹上的点；

首先，以交线数组z中周长最短的交线z₀上的任意点A_z0为起始点；其次，确定初始轨迹上的点，所述初始轨迹上的点是按以下步骤确定的：