一种复合纤维可变锥度缠绕胶层模型的建立方法技术

本发明专利技术公开了一种复合纤维可变锥度缠绕胶层模型的建立方法，该复合纤维可变锥度缠绕胶层模型的建立方法采用模块化程序驱动法在虚拟三维环境中创建复合纤维缠绕体胶层三维实体模型的新方法；依据复合纤维缠绕产品的绕制过程，采用归一化曲线方程计算缠绕纤维胶层上每个定位控制点的三维空间坐标参数，结合三维设计环境特征操作的方法实现建模；同时解决了复合纤维缠绕胶层仿真时由于复合纤维在跃层/跨圈的部位产生的胶层定位控制点坐标变位、空间曲线分段拼接的问题。本发明专利技术能够创建任意绕丝长度的复合纤维缠绕粘接胶层模型并与实际复合纤维缠绕胶层产品具有很高的相似性；复合纤维缠绕胶层三维模型对缠绕芯轴的轴体锥度适应范围大，尺寸精度高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，该复合纤维可变锥度缠绕胶层模型的建立方法采用模块化程序驱动法在虚拟三维环境中创建复合纤维缠绕体胶层三维实体模型的新方法；依据复合纤维缠绕产品的绕制过程，采用归一化曲线方程计算缠绕纤维胶层上每个定位控制点的三维空间坐标参数，结合三维设计环境特征操作的方法实现建模；同时解决了复合纤维缠绕胶层仿真时由于复合纤维在跃层/跨圈的部位产生的胶层定位控制点坐标变位、空间曲线分段拼接的问题。本专利技术能够创建任意绕丝长度的复合纤维缠绕粘接胶层模型并与实际复合纤维缠绕胶层产品具有很高的相似性；复合纤维缠绕胶层三维模型对缠绕芯轴的轴体锥度适应范围大，尺寸精度高。【专利说明】-种复合纤维可变维度缠绕胶层模型的建立方法
本专利技术属于计算机图形学和H维实体建模
，尤其涉及一种复合纤维缠绕 可变锥度胶层模型的建立方法。
技术介绍
复合纤维缠绕成型是将连续的纤维浸溃树脂胶液后，在固定张力的作用下，按照 预定的相对运动规律缠绕到芯轴上，待固化成型后形成具有特定形状的纤维缠绕制品。常 见的复合纤维缠绕产品一般是具有轴对称形状的圆柱型或圆锥型。常用的制造方法是按照 螺旋线的运动轨迹在芯轴上缠绕纤维。运动规律是芯轴绕其中轴线匀速转动，绕丝头按特 定速度沿芯轴轴线方向往返运动，从而在芯轴的筒体上实现螺旋缠绕。复合纤维缠绕制品 广泛应用在军民产品上，特别对于高负载、高压等特殊环境具有严格的技术要求。因此需要 对复合纤维缠绕制品的尺寸参数、各节点的应力、变形分布等在不同温度条件下进行有限 元分析。而胶层在复合纤维缠绕产品中起到复合纤维间的粘和作用。与复合纤维一起构成 多种材料的复合体，热应力复杂。由于目前没有可靠的分析测试软件，复合纤维缠绕产品的 缠绕参数完全依靠设计人员的经验来确定。该种生产方式导致缠绕产品的生产效率低下， 成品率不高。急需开发一种复合纤维缠绕产品的建模和分析测试软件来满足工程实际的需 要。 H维实体模型是进行有限元分析的基础，只有建立满足高仿真要求的H维实体模 型才能为后续的各种有限元数值分析提供高质量的分析对象，提高后续仿真计算的精度。 本专利技术提出的方法能够依据用户的输入参数自动生成需要的复合纤维缠绕产品胶层模型， 提高了设计效率。同时该方法能够最大程度的模拟复合纤维在缠绕过程中出现的各种线缆 交叉情况，包括跃层交叉和变圈交叉等。使得模拟的H维缠绕胶层产品H维实体模型的外 形尺寸与实际产品近似程度较高。 现有技术中，复合纤维缠绕胶层模型的生成依据缠绕芯轴的芯轴锥度可W分为圆 柱型复合纤维缠绕产品胶层模型和圆锥型复合纤维缠绕产品胶层模型。由于复合纤维缠绕 产品绕丝长度一般要求在数公里乃至数十公里W上，因此生成此种类模型的难度很大。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供， 旨在解决现有技术中，复合纤维缠绕胶层模型的生成依据缠绕体的芯轴锥度可W分为圆柱 型复合纤维缠绕胶层产品和圆锥型复合纤维缠绕胶层产品，由于复合纤维缠绕产品绕丝长 度一般要求在数公里乃至数十公里W上，因此生成此种类模型难度很大的问题。 本专利技术实施例是该样实现的，， 该复合纤维可变锥度缠绕胶层模型的建立方法，W圆柱螺旋方程为基础函数结合计算机H 维图形变换算法实现缠绕胶层模型中也线的快速计算，并在H维设计环境中创建依次通过 全部定位控制点的中也线，根据定位控制点的坐标参数计算出每层胶层的轴向截面中也线 并生成具有一定厚度的圆柱/圆锥型未切除的胶层实体模型，然后w中也线为引导线对圆 柱/圆锥型薄壁基础胶层模型进行切除操作生成H维复合纤维胶层产品模型。 进一步，该复合纤维可变锥度缠绕胶层模型的建立方法具体包括W下步骤： 步骤一、W圆柱螺旋线方程为计算复合纤维缠绕模型中也线定位控制点的基础方程； 步骤二、采用自定义二维链表数据结构构成网状数据集合，用W保存中也线定位控制 点上的坐标信息W及坐标点之间的逻辑关系； 步骤H、采用插入多个共轴参考基准面和过渡段定位控制点，并按照曲线关系计算出 的定位控制点与参考基准面一一对应旋转变换的办法，将定位控制点向参考基准面参照缠 绕轴也进行H维空间旋转变换，从而实现过渡段中也线的创建； 步骤四、W计算机图形变换算法计算满足预定义椎体锥度的圆锥螺旋线复合纤维缠绕 模型； 步骤五、计算相邻层之间的胶层厚度，W相邻的两层复合纤维轴向截面圆的切点为胶 层轴向截面的中也线的定位控制点，并W相邻层复合纤维截面圆也距离为参数生成相邻层 之间具有一定厚度的未进行切除操作的胶层； 步骤六、W生成的圆柱/圆锥螺旋中也线为引导线，复合纤维截面为轮廓对胶层进行 切除操作生成复合纤维缠绕胶层的模型。 进一步，当步骤一中，计算出初始状态的圆柱螺旋线时，步骤二中，将计算出来的 圆柱螺旋线中也线定位控制点的坐标信息和逻辑关系保存到自定义的数据集合中。 进一步，步骤H中，根据设计精度的要求，在螺旋中也线跃层/跨圈部位连接曲线 的轴向基准面投影线上插入若干个定位控制点，并按照与插入定位控制点一一对应的关系 插入若干个共轴基准面，按照复合纤维纤维缠绕时的实际形态和近似曲线计算出插入定位 控制点的坐标参数，并向对应的插入基准面旋转形成新的定位控制点。在H维设计空间中， 将新生成的定位控制点用曲线连接起来形成新的缠绕胶层曲线中也线，实现复合纤维缠绕 胶层时在跃层/跨圈部位的相互避让。 进一步，步骤四中，根据要求需要计算圆锥型螺旋线缠绕胶层模型时，要将步骤H 中保存的数据集合进行计算机图形变换，变换方式为首先进行轴向基准面旋转变换、坐标 系平移变换、定位控制点W原点为参考点的旋转变换、坐标系平移逆变换和基准面旋转逆 变换，得到满足锥度要求和尺寸要求的圆锥螺旋线复合纤维缠绕胶层模型。 进一步，步骤四中，根据要求需要计算圆柱型螺旋线缠绕胶层模型时，则不进行计 算机图形变换，在步骤二中保存的数据满足圆柱螺旋线的尺寸要求。 进一步，调整过渡段的圆柱/圆锥螺旋中也线计算相邻层复合纤维轴向截面圆之 间的切点，然后将该些切点连接起来构成胶层轴向截面的中也线，W此中也线为基础生成 厚度为复合纤维层间厚度的未切除胶层模型。 进一步，在H维环境中，W未切除胶层模型为对象，W圆锥螺旋线为引导线，W复 合纤维截面圆为轮廓对胶层模型进行切除生成复合纤维缠绕胶层模型。 本专利技术提供的复合纤维可变锥度缠绕胶层模型的建立方法，采用模块化程序驱动 法在虚拟H维环境中创建复合纤维缠绕产品粘接胶层H维实体模型的新方法；依据复合纤 维缠绕胶层的缠绕过程，采用归一化曲线方程计算缠绕纤维胶层上每个定位控制点在H维 空间中的坐标，结合H维设计环境特征操作的方法实现建模；同时解决了纤维缠绕胶层仿 真时由于复合纤维在跃层/跨圈的部位产生的胶层控制点坐标变位、空间曲线分段拼接的 问题。本专利技术能够创建任意长度复合纤维缠绕胶层模型并与实际复合纤维缠绕胶层产品具 有很高的相似性；复合纤维缠绕胶层模型对芯轴体锥度适应范围大，尺寸精度高。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术实施例提供的复合纤维可变锥度缠绕胶层模型的建立方法的流程 图； 图2是本专利技术实施例提供的复合纤维可变锥度缠绕胶层模型的建立方法的实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合纤维可变锥度缠绕胶层模型的建立方法，其特征在于，该复合纤维可变锥度缠绕胶层模型的建立方法，以圆柱螺旋曲线为基础数学模型结合计算机三维图形变换算法实现圆柱/圆锥型缠绕胶层模型中心线定位控制点参数的快速计算；在三维设计环境中导入中心线控制点坐标参数，并创建通过全部控制点的中心曲线；按照胶层所在位置生成具有一定厚度的三维复合纤维胶层未切除的圆柱/圆锥型薄壁模型，最后以螺旋形中心线为轨迹、复合纤维截面为轮廓对未切除的圆柱/圆锥型薄壁模型进行切除操作生成最后的胶层三维实体模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹岩，方舟，白瑀，杜江，姚慧，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61