[发明专利]三维机织组织结构的设计方法、装置及电子设备

说明书

本发明涉及三维机织预制体技术领域，具体涉及三维机织组织结构的设计方法、装置及电子设备，包括获取目标三维机织组织结构的设计需求；利用设计需求确定设计约束条件，以确定结构编码矩阵中的最小基本单元，结构编码矩阵用于表示三维机织组织结构；获取最小基本单元中与各列相对经纱结构编码对应的初始绝对经纱结构编码，绝对经纱结构编码中的每个元素表示元素位置处的经纱上方的纬纱层数；基于设计约束条件对初始绝对经纱结构编码中的元素进行优化，确定目标绝对经纱结构编码；对目标绝对经纱结构编码进行拼接得到目标最小基本单元，以确定目标结构编码矩阵以及目标三维机织组织结构。该方法保证了可设计性。

技术领域

本发明涉及三维机织预制体技术领域，具体涉及三维机织组织结构的设计方法、装置及电子设备。

背景技术

三维机织预制体作为一种先进的复合材料增强体，具有复杂多变的纱线结构拓扑能力，具有很强的可设计性。三维机织预制体通过将不同层间的纱线连接在一起，形成了稳定的空间结构，从而提高了三维机织复合材料的力学性能。与铺层复合材料相比，三维机织复合材料具有更高的冲击损伤容限和断裂韧性。目前，已广泛应用于航空航天等高端工程领域。

由于三维机织组织结构变化种类较多，缺乏可靠的数字化设计方法。现有对于三维机织组织结构的开发，一般是将纱线对称均匀地分布，在每一列经纱中，相邻经纱层之间通常只有一层纬纱。然而，由于这种设计方法只需要考虑表面纱线的运动规律即可设计一种组织结构，导致三维机织组织结构的可设计性和灵活性较低。因此，为了更好的利用三维机织组织结构的可设计性，通过计算机进行数字化设计是实现该目的的重要途径。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种三维机织组织结构的设计方法、装置及电子设备，以解决三维机织组织结构数字化设计的问题，提高三维机织组织结构的可设计性和灵活性。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种三维机织组织结构的设计方法，包括：

获取目标三维机织组织结构的设计需求；

利用所述设计需求确定设计约束条件，以确定结构编码矩阵中的最小基本单元，所述结构编码矩阵用于表示三维机织组织结构，所述结构编码矩阵由每一列相对经纱结构编码自上而下排列组成，所述相对经纱结构编码中的第1行元素为第1层经纱上方的纬纱层数，从第2行开始，每一行的元素为该层经纱与上一层经纱之间的纬纱层数；

获取所述最小基本单元中与各列相对经纱结构编码对应的初始绝对经纱结构编码，所述绝对经纱结构编码中的每个元素表示所述元素位置处的经纱上方的纬纱层数；

基于所述设计约束条件对所述初始绝对经纱结构编码中的元素进行优化，确定目标绝对经纱结构编码；

对所述目标绝对经纱结构编码进行拼接得到目标最小基本单元，以确定目标结构编码矩阵以及所述目标三维机织组织结构。

本发明实施例提供的三维机织组织结构的设计方法，利用设计需求确定设计约束条件，利用设计约束条件对初始绝对经纱结构编码中的元素进行优化，从而得到目标结构编码矩阵，该设计过程是基于设计需求处理的，能够保证目标三维机织组织结构的可设计性和灵活性；同时，由于绝对经纱结构编码为绝对量而并不是相对量，绝对量能够保证该优化过程是从整体上进行的，因此，利用绝对经纱结构编码进行优化得到的目标结构编码矩阵具有较高的准确性。

在一些实施方式中，所述基于所述设计约束条件对所述初始绝对经纱结构编码中的元素进行优化，确定目标绝对经纱结构编码，包括：

判断所述初始绝对经纱结构编码中的元素是否满足所述设计约束条件；

当所述初始绝对经纱结构编码中的元素不满足所述设计约束条件时，基于所述设计约束条件确定优化的目标函数，对所述初始绝对经纱结构编码中的元素进行优化，确定目标绝对经纱结构编码。