一种基于voronoi的纤维增强复合材料3D打印机翼及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于voronoi的纤维增强复合材料3D打印机翼及其设计方法，所述机翼主要由外轮廓及轮廓内部的框架结构组成，所述框架结构由区域内的一组初始站点通过构造voronoi结构并对其进行质心化处理和等比例映射的方式得到若干个映射后的泰森多边形组成，所述外轮廓外部被蒙皮包裹，框架结构则和蒙皮的内表面连接，所述框架结构填充在整个机翼内部，在保证承载能力的前提下通过对框架结构的纤维打印路径进行合理规划进而实现复合材料机翼的一体化成型制造，本发明专利技术提供了一种结构形式简单，承载能力强，稳定性良好且可以通过纤维增强打印技术一体化成型的复合材料机翼结构，从而降低复合材料机翼的制造时间和生产成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于voronoi的纤维增强复合材料3D打印机翼及其设计方法


[0001]本专利技术属于航空设备的增材制造
，具体涉及一种基于voronoi的纤维增强复合材料3D打印机翼及其设计方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天领域的不断飞速发展，对无人机的需求和应用也日趋增多，机翼作为无人机的重要组成部件，如何在保证质量的前提下使其具有较好的承载性能成了需要重点关注的研究内容，而在机翼上应用复合材料无疑是一种有效的手段与措施，除了轻质外复合材料还具有优越的力学性能，可设计性，耐腐蚀抗疲劳等一系列优点。但是传统的复合材料机翼结构大多是由翼梁，纵墙，桁条，翼肋等构件组成，这类机翼结构在形式上主要由沿着纵向(翼展方向)分布的骨架，如翼梁，纵墙和桁条以及沿着横向(沿气流方向垂直于翼梁方向)分布的骨架如翼肋等组件构成。这些纵横分布的骨架结构在机翼内部相互交错连接，连接处还存在螺栓，铆钉等大量的连接结构导致其内部支撑结构复杂交错，虽然这类结构能够在保证质量的前提下有着较好的承载能力但是受其结构限制并不能通过传统的复合材料制造工艺经过一体化成型的方式制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于voronoi的纤维增强复合材料3D打印机翼，其特征在于，包括外轮廓(1)，所述外轮廓(1)的内部设置有框架结构(2)，所述框架结构(2)由若干个泰森多边形(3)组成，所述外轮廓(1)的外部被蒙皮包裹，所述框架结构(2)和蒙皮的内表面连接。2.根据权利要求1所述的一种基于voronoi的纤维增强复合材料3D打印机翼，其特征在于，所述外轮廓(1)和框架结构(2)的材质相同，所述材质的基体为热塑性材料，增强体为连续纤维。3.根据权利要求1所述的一种基于voronoi的纤维增强复合材料3D打印机翼，其特征在于，所述框架结构(2)在沿机翼展向的任一截面上的结构形式相同。4.根据权利要求1所述的一种基于voronoi的纤维增强复合材料3D打印机翼，其特征在于，每一个泰森多边形(3)设置有斜撑部分(4)，上下相邻的泰森多边形(3)共用斜撑部分(4)。5.根据权利要求1所述的一种基于voronoi的纤维增强复合材料3D打印机翼，其特征在于，所述框架结构(2)由3D打印制备而成，打印过程中打印路径为连续路径。6.根据权利要求5所述的一种基于voronoi的纤维增强复合材料3D打印机翼，其特征在于，连续路径中，先打印机翼的外轮廓(1)，然后机翼的框架结构(2)；所述3D打印为纤维打印工艺。7.一种权利要求1所述的基于voronoi的纤维增强复合材料3D打印机翼的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，绘制机翼的外轮廓(1)，确定机翼的弦长；步骤2，建立外轮廓(1)围成的封闭曲面，通过封闭曲面的曲面面积和弦长确定机翼的平均宽度；步骤3，通过弦长和平均宽度生成矩形；步骤4，在矩形区域内随机生成n个站点，并围绕每一个站点生成泰森多边形，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振，牛重阳，张学渊，谢文浩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：