[发明专利]一种适用于复杂回转体的自动铺丝轨迹分层仿真建模方法

说明书

本发明属于复合材料结构设计技术领域，具体涉及一种适用于复杂回转体的自动铺丝轨迹分层仿真建模方法。该方法充分考虑了复杂回转体构件在大曲率区域因零件厚度因素引起的同角度自动铺丝轨迹分布差异对仿真建模的影响，采用铺层面分层建模的方法，分别对每一铺层面进行网格划分和轨迹映射生成单层的含轨迹角度的网格信息文件，后通过耦合关联将每一铺层面的含轨迹角度的网格信息文件装配成整体构件进行仿真建模。以铺层面为单位，对每一铺层面的复杂区域和大曲率区域进行区域划分和局部网格细化，对厚度变化引起的铺层面上丝束轨迹分布差异进行了精确仿真建模，后通过有限元软件将各铺层面模型组合成实体零件，保证了自动铺丝构件仿真模拟精度。

技术领域

本发明属于复合材料结构设计技术领域，具体涉及一种适用于复杂回转体的自动铺丝轨迹分层仿真建模方法。

背景技术

随着复合材料自动化制造技术的发展，自动铺丝工艺已经逐步应用于飞机复合材料构件当中，铺丝路径由于丝束偏转和丝束转弯等设计原因，与传统复材设计相比，同一铺层中丝束角度并不是固定的，导致基于固定角度的有限元建模方法已经不适用自动铺丝复材构件，特别是对于含复杂回转体曲面的复合材料构件，复合材料构件实际铺层角度和理论铺层角度的差异将会对力学仿真结果的准确性产生较大影响。此外，复杂回转体结构在局部会存在较大曲率，因零件厚度的原因在该区域会引起铺层面积的变化，从而对丝束轨迹的分布产生一定影响，传统建模方法在建模时均采用基于中性面的建模方式而忽略此轨迹丝束分布差异带来的影响，从而给分析结果带了额外误差。

在现有基于自动铺丝的力学仿真模型建模方法中，申请日2020.07.28，申请号为202010238110.7的《一种基于铺丝轨迹的复材固化变形仿真建模方法》，采用ABAQUS模型生成INP网格文件，后将铺丝轨迹角度等信息映射入INP文件，形成包含铺丝轨迹的新INP文件后再导入ABAQUS中进行计算。在该方法中，所有铺层信息均映射到同一个网格模型中，在提高效率的同时，降低了分析精度。但对于有一定厚度构件处理中，该方法将二维网格拉伸成三位实体网格，忽略了丝束轨迹在不同铺层面上的差异影响，易造成仿真模型与真实丝束轨迹分布不符，从而产生分析误差。

申请日2018.07.10，申请号为201711167029.9的《自动铺丝复合材料力学性能的模拟分析方法》，采用细观单胞模型模拟完整的自动铺丝复合材料，该方法提前设定了单胞模型中丝束轨迹的偏转角度，后采用理论及数值方法进行刚度及强度的计算。该方法在计算中未能对真实铺丝轨迹角度进行提取和映射，不能满足工程实际需求。

因此针对上述方法的缺陷，特提出了一种适用于复杂回转体的自动铺丝轨迹分层仿真建模方法，该方法充分考虑了复杂回转体构件在大曲率区域因零件厚度因素引起的同角度自动铺丝轨迹分布差异对仿真建模的影响，采用铺层面分层建模的方法，分别对每一铺层面进行网格划分和轨迹映射生成单层的含轨迹角度的网格信息文件，后通过耦合关联将每一铺层面的含轨迹角度的网格信息文件装配成整体构件进行仿真建模。该建模方法以铺层面为单位，对每一铺层面的复杂区域和大曲率区域进行区域划分和局部网格细化，对厚度变化引起的铺层面上丝束轨迹分布差异进行了精确仿真建模，后通过有限元软件将各铺层面模型组合成实体零件，保证了自动铺丝构件的有限元仿真模拟精度。

发明内容

本发明的目的：提供一种精确的可满足复杂回转体自动铺丝轨迹仿真建模的方法，本发明在对采用自动铺丝技术进行制造的复合材料零件进行力学仿真分析时，能够基于纤维铺放的真实轨迹进行建模，并更加真实准确地反映出复杂回转体结构上丝束轨迹在不同铺层面上的变化情况。

本发明的技术方案：为了实现上述目的，提出一种适用于复杂回转体的自动铺丝轨迹分层仿真建模方法，主要包括以下步骤：

步骤1：将零件贴膜面及所有铺层丝束轨迹曲线导入CATIA中；

步骤2：在CATIA软件中，对零件贴膜面沿铺层方向进行偏离，偏离厚度为单层铺层厚度，并以此方法创建所有铺层的铺层面；