[发明专利]一种复合材料数字化铺层模型自动生成方法

说明书

本发明公开的一种复合材料数字化铺层模型自动生成方法，属于复合材料应用领域。本发明充分考虑层合板、过渡区域、铺层信息、零件表面的分区和零件受力状况约束条件，并对所述约束条件进行有效处理和融合，实现单个铺层模型自动生成，且能够提高复合材料零件铺层模型生成精度和生成效率，减少人工干预；在实现单个铺层模型自动生成基础上，通过遍历铺层实现多个铺层模型批量处理，进一步提高多个铺层模型自动生成效率。铺层模型自动生成主要用到参数化曲面生成技术。应用本发明的一种复合材料数字化铺层模型自动生成方法解决复合材料领域相关工程问题，提高对复合材料领域工程问题的预测精度和预测效率。

技术领域

本发明涉及一种复合材料数字化铺层模型自动生成方法，属于复合材料应用领域。

背景技术

复合材料具有高比强度、高比刚度、可设计等优点，在航空航天、电子、船舶、风电叶片、燃料电池、电力电缆、汽车、压力容器、轴浓缩超高速离心机、特种管筒桥梁、医疗器械、体育用品等领域有着广泛的应用。但因复合材料设计复杂，性能分散性大，对其结构设计、工艺规划、仿真分析和制造带来了巨大的挑战。因此，在20世纪80年代后期以美国为首的西方发达国家开始研究复合材料设计制造一体化技术,该技术是提高零件设计质量制造效率的有效方法，是复合材料零件设计制造技术的发展趋势。目前，国外已经开发了一些复合材料设计制造一体化商业软件，比如法国的CATIA CPD和SYSPLY、美国的ESAComp、德国的FiberSIM、英国的Laminate Tools、意大利的ICPS。国外复合材料设计制造软件在航空领域有了较好的应用，例如庞巴迪公司、波音公司和空客公司。其中空客公司的空客A380结构中的复合材料用量达到25％，空客公司采用复合材料设计软件进行设计从而使空客的复合材料设计工作时间降低了约50％，采用了新技术和软件设计制造复合材料料部件后，空客公司节省了5％-25％的初始设计时间，减少了45％的反复设计修改时间，极大地降低了手工铺层的时间，达到了全过程控制复合材料铺层，消除了反复试验的过程，提高产品质量的同时最大限度地降低了产品的废品率。

国内复合材料设计、制造单位大部分是依靠经验进行铺层设计、手工下料、手工铺放等，只有小部分企业采用国外先进的铺层设计制造软件辅助设计制造。目前国内尚无一款成熟可用的商用复合材料制造软件。

国外普遍采用参数偏置曲面技术(Parametric Surface Offset，PSO)生成铺层模型，其生成的铺层曲面由常数边线、常数区域、斜面边线、斜面区域等参数对象来控制，旨在辅助用户快速且灵活的生成铺层曲面，以满足后期制造工艺。PSO技术主要存在两方面问题：一方面是无法生成垂直的“斜面”；另一方面是一次只能生成一个铺层曲面，不能批量化自动生成所有铺层曲面。

发明内容

针对现有的技术中的下述缺陷：(1)现有的铺层生成方法一次只能生成一个铺层曲面，不能批量化自动生成所有铺层曲面；(2)无法生成垂直的“斜面”。本发明公开的一种复合材料数字化铺层模型自动生成方法要解决的技术问题是：充分考虑层合板、过渡区域、铺层信息、零件表面的分区和零件受力状况约束条件，并对所述约束条件进行有效处理和融合，实现单个铺层模型自动生成，且能够提高复合材料零件铺层模型生成精度和生成效率，减少人工干预；在实现单个铺层模型自动生成基础上，通过遍历铺层实现多个铺层模型批量处理，进一步提高多个铺层模型自动生成效率。应用本发明的一种复合材料数字化铺层模型自动生成方法解决复合材料领域相关工程问题，提高对复合材料领域工程问题的预测精度和预测效率。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种复合材料数字化铺层模型自动生成方法，铺层模型自动生成主要用到参数化曲面生成技术。参数化曲面生成技术包含曲面合并、曲面修剪、曲面偏置、曲面创建等类型。曲面合并是将一组相邻曲面合并成为一个曲面。曲面修剪是用曲面内一组封闭曲线或者一组与曲面边界相交的曲线修剪曲面，修剪方向根据实际情况确定。曲面偏置是将曲面按照偏置方向偏置某一距离生成曲面。曲面创建是根据一组曲面边界点和曲面类型生成相应的曲面。