一种复合纤维可变锥度缠绕模型的构造方法技术

本发明专利技术公开了一种复合纤维可变锥度缠绕模型的构造方法，采用归一化曲线方程计算缠绕纤维上每个坐标控制点在三维空间中的坐标，结合三维建模软件实体特征操作方法实现复合纤维缠绕产品的三维建模；解决了纤维缠绕仿真时由于纤维在跃层/跨圈部位三维实体模型之间的相互干涉，以及为避免干涉需要对控制点坐标进行修正的问题；能够创建任意绕丝长度纤维缠绕模型并与实际纤维缠绕产品具有很高的相似性；纤维缠绕模型对缠绕芯轴的轴体锥度适应范围大，尺寸精度高。本发明专利技术能够依据用户的输入参数自动生成需要的纤维缠绕产品模型，提高了设计效率；同时能够最大程度的模拟纤维复合材料产品在缠绕过程中出现的各种纤维干涉交叉情况，包括跃层交叉和变圈交叉；使得纤维缠绕产品三维模型的外形尺寸与实际产品近似程度较高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，采用归一化曲线方程计算缠绕纤维上每个坐标控制点在三维空间中的坐标，结合三维建模软件实体特征操作方法实现复合纤维缠绕产品的三维建模；解决了纤维缠绕仿真时由于纤维在跃层/跨圈部位三维实体模型之间的相互干涉，以及为避免干涉需要对控制点坐标进行修正的问题；能够创建任意绕丝长度纤维缠绕模型并与实际纤维缠绕产品具有很高的相似性；纤维缠绕模型对缠绕芯轴的轴体锥度适应范围大，尺寸精度高。本专利技术能够依据用户的输入参数自动生成需要的纤维缠绕产品模型，提高了设计效率；同时能够最大程度的模拟纤维复合材料产品在缠绕过程中出现的各种纤维干涉交叉情况，包括跃层交叉和变圈交叉；使得纤维缠绕产品三维模型的外形尺寸与实际产品近似程度较高。【专利说明】-种复合纤维可变维度缠绕模型的构造方法
本专利技术属于计算机图形学和H维建模
，尤其涉及一种复合纤维可变锥度 缠绕产品H维模型的构造方法。
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。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。现有技术 中，复合纤维缠绕模型的生成依据缠绕产品的芯轴锥度可W分为圆柱型和圆锥型复合纤维 缠绕产品。由于纤维缠绕产品的绕丝长度一般要求在数公里乃至数十公里，因此创建此种 类产品的H维模型的难度很大。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供，旨在 解决由于复合纤维缠绕制品绕丝长度极大情况下，W圆柱型螺旋线方程结合H维图形变换 的方法创建可用于数值分析的H维可变锥度缠绕模型的问题。 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模型的构造方法；W圆柱螺旋曲线为基础函数结合计算机H维图形变 换算法实现缠绕模型中也线上坐标控制点的快速计算，并在H维设计环境中首先用依次通 过全部控制点的样条曲线创建多层复合中也线，然后W中也线作为引导线调用实体建模功 能创建H维纤维缠绕产品模型。 进一步，该复合纤维可变锥度缠绕模型的构造方法包括W下步骤： 步骤一、W圆柱螺旋线方程作为计算复合纤维缠绕模型中也线上全部坐标控制点的基 础数学模型； 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保存中也线上坐标控 制点上的坐标信息W及坐标点之间的逻辑关系； 步骤H、采用插入相同数目的共轴基准面和过渡段坐标控制点，按照曲线关系计算出 坐标控制点并向与之对应的参考基准面做轴向旋转变换的办法实现过渡段中也线控制点 坐标参数的计算。 步骤四、W计算机H维图形变换算法对由圆柱螺旋线方程计算出的中也线坐标控 制点进行H维变换，将按照圆柱型分布的控制点调整为满足预定义锥度的圆锥型分布排 列； 进一步，当所述步骤一中，计算出初始状态的多层复合圆柱螺旋线时，步骤二中，将计 算出来的圆柱型中也线坐标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 的指定位置轴向基准面投影线上插入若干个坐标控制点，并按照与插入坐标控制点一一对 应关系插入相同数量的共轴基准面，共轴基准面之间夹角均等；按照纤维缠绕时的实际形 态和近似曲线计算出插入坐标控制点的坐标参数，并向与之对应的新建基准面旋转变换形 成调整H维坐标位置后的坐标控制点；将修正位置后的坐标控制点插入到网状数据集合 中，完成全部的H维模型中也线坐标控制点的计算。 进一步，步骤四中，根据要求需要计算圆锥型复合纤维缠绕模型时，要将步骤二中 保存的数据集合进行计算机H维图形变换；变换方式为首先进行W芯轴轴线为基准轴的基 准面旋转变换、在基准面内将坐标原点移动到圆柱型中也线第一个坐标控制点的坐标系平 移变换、坐标控制点W移动后原点为参考点旋转一定角度的旋转变换、在基准面内将坐标 原点恢复初始位置的坐标系平移逆变换和将基准面恢复初始位置的基准面旋转逆变换；得 到满足锥度要求和尺寸要求的圆锥螺旋线纤维缠绕中也线控制点坐标参数。 进一步，步骤四中，根据要求需要计算圆柱型复合纤维缠绕模型时，则不进行计算 机图形变换；在步骤H中保存的数据满足圆柱螺旋线的尺寸要求。 进一步，在H维设计环境中依次导入中也线坐标控制点的坐标参数，并创建一一 对应的参考点，然后用曲线连接全部的参考点形成完整的缠绕模型多层复合中也线。最后 在H维环境中调用H维实体建模功能W中也线为引导线创建复合纤维缠绕产品的H维模 型。 本专利技术提供的复合纤维可变锥度缠绕H维模型的构造方法，W VC为开发工具、 SolidWorks为H维设计环境设计一种基于计算机图形变换的归一化圆柱/圆锥螺旋缠绕 模型构造方法；能够快速实现H维缠绕模型的构造，简化模型的设计过程；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H维模型，提高了设计效 率。同时该方法能够最大程度的模拟纤维在缠绕过程中出现的各种纤维交叉情况，包括跃 层交叉和变圈交叉等。使得仿真的复合纤维缠绕产品H维模型的外形尺寸与实际产品近似 程度较高。 与现有技术相比，本专利技术的优点是；①本专利技术中提出的复合纤维数学模型和坐标 控制点计算方法具有控制点坐标计算简单；对缠绕模型锥度参数适应范围大；坐标控制点 间逻辑关系表示全面的优点。该方法将较为复杂的求解圆锥型曲线坐标转换为求解圆柱曲 线坐标W及一系列的计算机图形变换的结果，为后续的缠绕缺陷模拟和数值分析提供了良 好的数据与逻辑关系支持。②本专利技术采用的程序驱动建模方法完全可W实现任意锥度要求 的纤维缠绕H维模型的创建，为后续的数值分析提供了质量较好的分析模型，绕丝长度的 极限值只受软件和计算机的性能影响。 【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模型的构造方法的流程图； 图2是本专利技术实施例提供的复合纤维可变锥度缠绕模型的构造方法的具体实现流程 图； 图3是本专利技术实施例提供的复合纤维缠绕模型坐标控制点网络示意图； 图4是本专利技术实施例提供的复合纤维缠绕模型跃层部位层间关系示意图； 图5是本专利技术实施例提供的复合纤维缠绕模型跃层和跨圈中也线轨迹示意图。 【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合实施例，对本专利技术 进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合纤维可变锥度缠绕模型的构造方法，其特征在于，该复合纤维可变锥度缠绕模型的构造方法：以圆柱螺旋曲线为基础构造函数结合计算机三维图形变换算法实现纤维缠绕模型中心线上坐标控制点的快速计算；计算出全部控制点坐标后，在三维建模软件中创建通过全部控制点的多层复合螺旋线；以多层复合螺旋线为中心线生成三维纤维缠绕产品模型。

【技术特征摘要】

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