【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种复合材料航空发动机大尺寸叶片铺丝路径生成方法，属于航空发动机复合材料零部件制造领域。
技术介绍
1、具有轻质高强性能的纤维增强复合材料变刚度构件具有制造快速、力学性能好等优点，被广泛应用于交通运输、航空航天等工程领域。由于复合材料变刚度构件工程应用环境较为复杂且多样，在实际过程中易出现承载力、稳定性不足等问题，尤其是航空航天中大尺寸复合材料构件对应的工况较多，生产时就需要兼顾生产性能和力学性能。
2、目前大尺寸复合材料航空发动机叶片的生产方法主要有手工铺层，自动铺丝等，其中手工铺层，需要对多个铺层逐个手动铺放，导致生产过程复杂繁琐且效率差较低；而且生产过程中修剪，打磨等过程都比较繁琐；整体生产工作效率极低，产品质量也会因人工技能水平产生波动。因此，研究大尺寸复合材料航空发动机叶片的自动铺丝制造具有重要意义。
3、对于大尺寸复合材料航空发动机叶片的自动铺丝制造而言，自动铺丝的路径选择对于叶片成型后的性能有重要影响。常规的定角度路径，虽然设计与生产流程较为简单，但是很难顾及叶片的全局性能，若是产生局部应力方向恰与丝束纤维方向垂直，那么此处承载性能将急剧下降，甚至可能导致纤维丝束的断裂，铺层结合面分层等现象。因此，为了更好地提大尺寸复合材料航空发动机叶片的强度，就需要对自动铺丝的铺放路径进行细节生成。由于叶片的曲面结构较为特殊，并且尺寸很大，所以铺放路径的生成很难兼顾整个叶片的承载信息，而且由于叶片双曲面、大扭转、变截面的结构形式。考虑到丝束曲率限制，铺丝过程中丝束重叠或间隙等缺陷的产生，同时
4、调查表明，传统大尺寸复合材料航空发动机叶片自动铺丝路径较为简单、生产的叶片并没有完全发挥出纤维增复合材料的优点，还未有针对大尺寸复合材料航空发动机叶片自动铺丝路径的变角度铺丝路径设计。
技术实现思路
1、本专利技术为克服现有大尺寸复合材料航空发动机叶片自动铺丝路径简单，无法完全发挥纤维增强复合材料的优势，难以兼顾大尺寸叶片全局的力学性能等技术缺陷，专利技术了一种大尺寸复合材料航空发动机叶片的自动铺丝路径生成算法。该方法包括：建立大尺寸复合材料航空发动机叶片力学仿真模型，建立各铺层的实际承载信息模型；建立铺层的离散网格模型；建立自动铺丝初始路径算法；建立兼顾全局承载性能的满铺铺放路径生成方法。
2、为完成上述算法，具体步骤为：
3、s1：提取大尺寸复合材料航空发动机叶片导入有限元中进行网格划分，对其施加边界条件，设定初值后提交有限元分析计算；
4、s2：获取叶片铺层的节点信息和单元信息，建立点线面的拓扑关系；其中，节点信息包括节点编号、节点坐标及该节点所属单元编号，边信息包括边的两点以及其所属的单元编号，单元信息包括单元编号及该单元对应的节点编号；
5、s3：获取叶片铺层的应力信息，将铺层网格以及节点应力信息导入至matlab中，建立节点，单元，应力的统一关系，首先计算各节点的最大主应力，然后通过三角形重心插值法得到单元任意一点的最大主应力方向，依次建立单元主应力的平均方向。
6、s4：在曲面上选取p0作为初始铺放点，p0所在单元的主应力平均方向为vo(x0，y0，z0)。
7、s5：以p0为起始点，p0所在单元的主应力平均方向为v0为方向，做射线与三角形网格某边相交于点p1，获取边信息得知铺放轨迹将经过的下一网格。
8、s6：在下一网格内，取p1为起点，获取起对应的单元主应力的平均方向v1(x1，y1，z1)，以v1为方向做射线与三角形网格某边相交于点p2，p2即为第三个轨迹点。
9、s7：重复步骤s6，直至折线段抵达叶片铺层边界，获取折线段上所有的轨迹点信息。
10、s8：通过三次均匀b样条曲线对折线段进行插值平滑处理，得到轨迹的初始路径。
11、s9：在初始路径上均匀取点，将各点沿初始路径的测地法向进行双向偏置，偏置距离为纤维丝束的宽度乘以单次铺放纤维根数，得到两条偏置路径lleft与lright，left为测地法线负方向，right为测地法线正方向，并对偏置路径进行路径边界处理。
12、si0：偏置后的路径承接了初始路径方向，但并未承接所属网格的应力信息，所以对生成的两条偏置路径与进行多目标优化。
13、s11：将优化后的lleft继续向左(测地法线负方向)偏置，lright向右(测地法线负方向)获取下一条路径，并对新的路径进行s8路径边界处理以及s9的优化，直至路径满铺于构件表面。
14、s12：按照获得的铺放轨迹，以及铺丝头具体参数，确定自动铺丝过程中进刀点、送丝点、切刀点以及退刀点的位置。
15、上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能更清楚的了解本专利技术的技术手段，并可以依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术含附图详细说明。
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1.一种复合材料航空发动机大尺寸叶片铺丝路径生成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种复合材料航空发动机大尺寸叶片铺丝路径生成方法，其特征在于，步骤S3中，单元主应力的平均方向由三角形重心插值法取得，具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种复合材料航空发动机大尺寸叶片铺丝路径生成方法，其特征在于，步骤S6中，初始路径已经将应力信息考虑在内，但还需要考虑可铺放性，铺丝路径的测地曲率能够影响铺丝质量，需要添加曲率约束，具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种复合材料航空发动机大尺寸叶片铺丝路径生成方法，其特征在于，步骤S9中，满铺路径时会由于初始路径的长度限制，在偏置位置无法抵达丝束边界，于是需要进行满铺路径的丝束边界处理，具体步骤如下：
5.根据权利要求1所述的一种复合材料航空发动机大尺寸叶片铺丝路径生成方法，其特征在于，步骤S10中，对偏置路径进行了多目标优化，具体步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种复合材料航空发动机大尺寸叶片铺丝路径生成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种复合材料航空发动机大尺寸叶片铺丝路径生成方法，其特征在于，步骤s3中，单元主应力的平均方向由三角形重心插值法取得，具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种复合材料航空发动机大尺寸叶片铺丝路径生成方法，其特征在于，步骤s6中，初始路径已经将应力信息考虑在内，但还需要考虑可铺放性，铺丝路径的测地...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹忠亮，张俊，张洋，吴悦，王鑫毅，顾付伟，胡可军，石庆贺，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：
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