一种复合材料自动铺丝轨迹投影仿真建模方法技术

本发明专利技术涉及一种复合材料自动铺丝轨迹投影仿真建模方法，所述方法包含以下步骤：计算单元的所有节点坐标平均的方法得到中心点坐标；从所述中心点坐标向当前选取铺层的所有丝束轨迹中心线做垂直投影点，获得投影点坐标后采用距离公式计算中心点到选取铺层所有丝束轨迹中心线的最短距离，通过对比上述所有最短距离，选择其丝束轨迹；做选择的丝束轨迹的切线，且使得切线过投影点；将切矢量和计算单元铺层坐标系进行矢量点积计算，获取选取的计算单元单层真实铺层角度，将选取的计算单元单层的理论铺层角度替换为真实铺层角度。本发明专利技术获得准确真实铺层角度，能准确仿真实际自动铺丝结构性能。结构性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料自动铺丝轨迹投影仿真建模方法


[0001]本专利技术涉及复合材料结构设计
，特别涉及航空结构设计领域，涉及一种复合材料自动铺丝轨迹投影仿真建模方法

技术介绍

[0002]复合材料自动铺丝制造工艺对复杂零件适应性好、自动化程度高、生产效率高、人工成本低、人为干涉较少、制件质量一致性好等优点，随着复合材料自动铺丝轨迹规划技术，制造设备、工艺技术日渐成熟，近年来越来越被世界范围内的各复材设计机构和制造部门所重视，是一项极具生命力和应用前景的复合材料技术。
[0003]自动铺丝工艺制造复合材料零件有其独到的优势，基于此，自动铺丝结构设计已成为发展的必然趋势。相比于传统的预浸料手铺，自动铺丝结构设计和工艺制造结合更加紧密。其中尤其突出的是轨迹规划，但自动铺丝工艺本身有其局限性，如最小转弯半径、最短切丝距离、束间间隙、丝束重叠、切丝断丝等。在丝束轨迹规划设计中既考虑工艺性又考虑性能需求是研究的重点。对设计而言，满铺的轨迹需满足结构强度、刚度、稳定性等性能需求，从而保证结构的完整性，使结构效率高；而对工艺而言，规划的轨迹需满足最小转弯半径、机器不干涉、满铺、缺陷少等问题，同时要兼顾设计对纤维方向的需求。两者之间有矛盾项，需要相互合作协调，反复迭代，才能达到最终设计。
[0004]而其中，在工艺人员采用自动铺丝轨迹设计软件完成工艺轨迹规划后，自动铺丝复合材料结构设计人员就会获得所有设计铺层的自动铺丝轨迹数据库(所述的自动铺丝轨迹数据库就存于所述的自动铺丝轨迹设计软件中，现有的自动铺丝轨迹设计软件属于本领域的现有技术，例如VERICUT、CATFiber等，如何准确快速的将实际丝束轨迹角度变化引入仿真分析有限元模型，对工艺满铺规划后的性能进行分析评估显得极为重要。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：
[0006]提供了一种复合材料自动铺丝轨迹投影仿真建模方法，可准确快速的将实际丝束轨迹角度变化引入仿真分析有限元模型，以便开展后续强度、刚度、稳定性等结构完整性评估，有效提高设计质量，缩短设计周期。
[0007]技术方案：
[0008]本专利技术的提供一种复合材料自动铺丝轨迹投影仿真建模方法，所述方法包含以下步骤：
[0009]步骤1、先对采用自动铺丝工艺的复合材料结构建立三维壳单元有限元模型，壳单元大小是丝束宽度的整数倍，生成每个壳单元各个单层的理论铺层角度；
[0010]步骤2、按复合材料铺层顺序从自动铺丝轨迹数据库中导入所有单层所有丝束轨迹中心线；选取第一个铺层；
[0011]步骤3、按壳单元编号的顺序依次选取壳单元作为计算单元；
[0012]每选取一个计算单元，则以计算单元的所有节点坐标平均的方法得到中心点坐标；从所述中心点坐标向当前选取铺层的所有丝束轨迹中心线做垂直投影点，获得投影点坐标后采用距离公式计算中心点到选取铺层所有丝束轨迹中心线的最短距离，通过对比上述所有最短距离，确定距离计算单元中心最近的丝束轨迹中心线，选择其丝束轨迹；做选择的丝束轨迹的切线，且使得切线过投影点，以此切线计算投影点处轨迹线的切矢量；将切矢量和计算单元铺层坐标系进行矢量点积计算，获取选取的计算单元单层真实铺层角度，将选取的计算单元单层的理论铺层角度替换为真实铺层角度；
[0013]步骤4、判断是否还有未选取过的铺层，若有，则选取一个未选取过的铺层，并返回步骤三，若无，则结束。
[0014]进一步的，步骤1中三维壳单元由HyperMesh自动生成四边形单元或三角形单元，包含了网格划分的各节点坐标信息和单元坐标信息。
[0015]进一步的，步骤1中，壳单元大小是丝束宽度的1～32倍。以提高效率；
[0016]进一步的，步骤3中，按壳单元编号从小到大的顺序或从大到小的顺序选取。
[0017]进一步的，步骤3中，所述通过对比上述所有丝束轨迹中心线的最短距离，通过排序方法得到。
[0018]技术效果：
[0019]本专利技术通过单元中心点查询距离最近单层丝束轨迹中心线，通过投影点切矢量与单元铺层坐标系x方向矢量点积计算，获得准确真实铺层角度，循环迭代快速的将实际丝束轨迹角度变化引入仿真分析有限元模型，使得后续强度、刚度、稳定性等结构完整性评估结果更加合理，能准确仿真实际自动铺丝结构性能。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]提供一种复合材料自动铺丝轨迹投影仿真建模方法，所述方法包含以下步骤：
[0022]步骤1、先对采用自动铺丝工艺的复合材料结构建立三维壳单元有限元模型，壳单元大小是丝束宽度的整数倍，生成每个壳单元各个单层的理论铺层角度；
[0023]步骤2、按复合材料铺层顺序从自动铺丝轨迹数据库中导入所有单层所有丝束轨迹中心线；选取第一个铺层；
[0024]步骤3、按壳单元编号的顺序依次选取壳单元作为计算单元；
[0025]每选取一个计算单元，则以计算单元的所有节点坐标平均的方法得到中心点坐标；从所述中心点坐标向当前选取铺层的所有丝束轨迹中心线做垂直投影点，获得投影点坐标后采用距离公式计算中心点到选取铺层所有丝束轨迹中心线的最短距离，通过对比上述所有最短距离，确定距离计算单元中心最近的丝束轨迹中心线，选择其丝束轨迹；做选择的丝束轨迹的切线，且使得切线过投影点，以此切线计算投影点处轨迹线的切矢量；将切矢量和计算单元铺层坐标系进行矢量点积计算，获取选取的计算单元单层真实铺层角度，将选取的计算单元单层的理论铺层角度替换为真实铺层角度；
[0026]步骤4、判断是否还有未选取过的铺层，若有，则选取一个未选取过的铺层，并返回步骤三，若无，则结束。
[0027]步骤1中三维壳单元由HyperMesh自动生成四边形单元，包含了网格划分的各节点坐标信息和单元坐标信息。
[0028]步骤1中，壳单元大小是丝束宽度的1～32倍。以提高效率；
[0029]步骤3中，按壳单元编号从小到大的顺序或从大到小的顺序选取。
[0030]步骤3中，所述通过对比上述所有丝束轨迹中心线的最短距离，通过排序方法得到。
[0031]以上所述，仅为本专利技术的具体实施例，对本专利技术进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本专利技术的保护范围不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本专利技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料自动铺丝轨迹投影仿真建模方法，其特征在于：所述方法包含以下步骤：步骤1、先对采用自动铺丝工艺的复合材料结构建立三维壳单元有限元模型，壳单元大小是丝束宽度的整数倍，生成每个壳单元各个单层的理论铺层角度；步骤2、按复合材料铺层顺序从自动铺丝轨迹数据库中导入所有单层所有丝束轨迹中心线；选取第一个铺层。2.根据权利要求1所述的一种复合材料自动铺丝轨迹投影仿真建模方法，其特征在于：步骤3、按壳单元编号的顺序依次选取壳单元作为计算单元；每选取一个计算单元，则以计算单元的所有节点坐标平均的方法得到中心点坐标；从所述中心点坐标向当前选取铺层的所有丝束轨迹中心线做垂直投影点，获得投影点坐标后采用距离公式计算中心点到选取铺层所有丝束轨迹中心线的最短距离，通过对比上述所有最短距离，确定距离计算单元中心最近的丝束轨迹中心线，选择其丝束轨迹；做选择的丝束轨迹的切线，且使得切线过投影点，以此切线计算投影点处轨迹线的切矢量；将切矢量和计算单元铺层坐标系进行矢量点积计算，获取选取的计算单元单层真实铺层角度，将选取的计算单元单层的理论铺层角度替换为真实铺层角度。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟先，王玉乔，王佳宁，闫励，齐利剑，李骞，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：