CN111497283A - 复合材料压力隔框的自动铺丝路径规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合材料压力隔框的自动铺丝路径规划方法，包括以下步骤：步骤一：使用三维设计软件或铺层定义软件，提取所述压力隔框的各铺层贴模面与铺放边界并进行制造性优化处理；步骤二：定义主铺层方向，并对每层的所述贴模面进行边界、路径、方向等参数化定义；步骤三：根据预浸料带幅宽，将各所述贴模面微分为多个等幅宽的料带区；步骤四：通过集成式软件，对所述预浸料带的丝束进行密化；步骤五：根据自动铺丝机的最小铺丝长度、所述压力隔框的丢层边界，对所述丝束密化结果进行分析；步骤六：根据定义的所述路径将铺覆过程、实际结果进行模拟分析，检验所述路径过程是否合理。其铺覆出的压力隔框纤维密实，内部质量高。

Description

复合材料压力隔框的自动铺丝路径规划方法
技术领域
本发明涉及了复合材料制造领域，具体的是一种复合材料压力隔框的自动铺丝路径规划方法。
背景技术
复合材料自动铺丝技术(Automatic Fiber Placement，简称AFP)，作为替代预浸料手工铺叠的复合材料先进制造技术，利用专用铺放设备，通过数控技术实现铺贴过程的自动化，相比较传统手工铺贴成型，具有高效率、高质量、高精度、低成本以及高可重复性等特点，是近些年来发展最快、效率最高的低成本复合材料自动化成型制造技术之一，广泛用于大飞机、运载火箭等各类航空航天飞行器结构件制造中。
纤维铺放轨迹规划则是自动铺丝过程的关键技术之一，通过人为控制碳纤维单向带预浸料的走向与速率，可以获得稳定的纤维路径，提升复合材料制件的力学性能。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种复合材料压力隔框的自动铺丝路径规划方法，其覆出的压力隔框纤维密实，内部质量高。
为实现上述目的，本申请实施例公开了一种复合材料压力隔框的自动铺丝路径规划方法，包括以下步骤：
步骤一：使用三维设计软件或铺层定义软件，提取所述压力隔框的各铺层贴模面与铺放边界并进行制造性优化处理，所述铺放边界包括丢层边界和曲面边界；
步骤二：定义主铺层方向，并对每层的所述贴模面进行边界、路径、方向等参数化定义，所述主铺层方向为所述曲面的任意径线方向，每层所述贴面膜的铺层方向在所述主铺层方向的基础上增加、减少经度；
步骤三：根据预浸料带幅宽，将各所述贴模面微分为多个等幅宽的料带区，每个所述贴模面贴模面料带区的长度方向与所述贴模面铺层方向平行；
步骤四：通过集成式软件，对所述预浸料带的丝束进行密化，具体到所述预浸料带的最小不可分单元均存在对应的路径定义；
步骤五：根据自动铺丝机的最小铺丝长度、所述压力隔框的丢层边界，对所述丝束密化结果进行分析；
步骤六：根据定义的所述路径将铺覆过程、实际结果进行模拟分析，检验所述路径过程是否合理，结果是否符合工艺需求。
优选的，所述步骤一中提取的各所述贴模面为不可展开三维单侧球面结构。
优选的，所述步骤三中，对于各不可展开的所述贴模面，应用平行等距或曲面片偏移基本方法，进行基本中心路径和料带边界生成，实现整体曲面的满铺覆性。
优选的，所述预浸料带为T800级别碳纤维环氧预浸料。
本发明的有益效果如下：
1、充分利用自动铺丝技术的特性与碳纤维自身的铺覆性能，相比较传统复合材料手工铺贴成型，所有的纤维均出于拉伸状态且沿着长度方向连续，而手工铺贴对于这种不可展曲面则需要进行分区与剪口，纤维不连续的时候需要进行搭接补偿力学性能，严重影响了最终成型的重量与成型质量，采用本发明所制造的复合材料后压力框零件，具有更高的结构效率与更稳定的质量。
2、由于球面具有不可展开性，基于满铺覆性考量，不再以传统测地线法进行路径规划，采用自定义主铺层方向和平行等距法，并根据丢层边界合理安排最小铺丝长度丝束排布。本规划思路铺覆出的球面框纤维密实，内部质量高。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中复合材料压力隔框结构示意图；
图2是本发明实施例中复合材料压力隔框的主铺层方向和料带区示意图；
以上附图的附图标记：
1、丢层边界；
2、主铺层方向；
3、料带区。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
为达到上述目的，本发明提供一种复合材料压力隔框的自动铺丝路径规划方法。
请参考图1，在本实施例中，包括以下步骤：
步骤一：使用三维设计软件或铺层定义软件，提取所述压力隔框的各铺层贴模面与铺放边界并进行制造性优化处理，所述铺放边界包括丢层边界1和曲面边界；所述丢层边界1形成通孔若干个通孔，所述通孔贯穿所述压力隔框设置。
步骤二：定义主铺层方向2，并对每层的所述贴模面进行边界、路径、方向等参数化定义，所述主铺层方向2为所述曲面的任意径线方向，每层所述贴面膜的铺层方向在所述主铺层方向2的基础上增加、减少经度。
可以理解的是，在本实施例中，所述压力隔框的0°贴模面的铺层方向与所述主铺层方向2重叠，即所述0°贴模面的铺层方向的经度在所述主铺层方向2的经度上增加了0°。
所述90°贴模面的铺层方向的经度在所述主铺层方向2的经度上增加了90°。
所述45°贴模面的铺层方向的经度在所述主铺层方向2的经度上增加了45°。
所述-45°贴模面的铺层方向的经度在所述主铺层方向2的经度上减少了45°。
可以理解的是，在其他可实施的具体方式中，各所述贴模面的铺层方向的经度可在所述主铺层方向2的经度上任意增加或减少。
步骤三：请参考图2，根据预浸料带幅宽，将各贴模面微分为多个等幅宽的料带区3，每个所述贴模面贴模面料带区3的长度方向与所述贴模面铺层方向平行。
在本实施例中，第一层所述贴模面的料带区3的长度方向与所述铺层方向平行；第二层所述贴模面的料带区3的长度方向与所述铺层方向平行；第三层所述贴模面的料带区3的长度方向与所述铺层方向平行；第四层所述贴模面的料带区3的长度方向与所述铺层方向平行。
步骤四：通过集成式软件，对所述预浸料带的丝束进行密化，具体到所述预浸料带的最小不可分单元(即预浸料带的丝束)均存在对应的路径定义；
步骤五：根据自动铺丝机的最小铺丝长度、所述压力隔框的丢层边界1，对所述丝束密化结果进行分析，确保丝束长度大于最小铺丝长度。
步骤六：根据定义的所述路径将铺覆过程、实际结果进行模拟分析，检验所述路径过程是否合理，结果是否符合工艺需求。
进一步的，所述步骤一中提取的各所述贴模面为不可展开三维单侧球面结构。
进一步的，所述步骤三中，对于各不可展开的所述贴模面，应用平行等距或曲面片偏移基本方法，进行基本中心路径和料带边界生成，实现整体曲面的满铺覆性。
进一步的，所述预浸料带为T800级别碳纤维环氧预浸料。
可以理解的是，充分利用自动铺丝技术的特性与碳纤维自身的铺覆性能，相比较传统复合材料手工铺贴成型，所有的预浸料纤维均出于拉伸状态且沿着长度方向连续，而手工铺贴对于这种不可展曲面则需要进行分区与剪口，预浸料纤维不连续的时候需要进行搭接补偿力学性能，严重影响了最终成型的重量与成型质量。
采用本发明所制造的复合材料后压力框零件，具有更高的结构效率与更稳定的质量。
由于所述压力隔框的球面具有不可展开性，基于满铺覆性考量，不再以传统测地线法进行路径规划，采用自定义主铺层方向2和平行等距法，并根据丢层边界1合理安排最小铺丝长度丝束排布。
本规划思路铺覆出的球面框纤维密实，内部质量高。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种复合材料压力隔框的自动铺丝路径规划方法，其特征在于，包括：
步骤一：使用三维设计软件或铺层定义软件，提取所述压力隔框的各铺层贴模面与铺放边界并进行制造性优化处理，所述铺放边界包括丢层边界和曲面边界；
步骤二：定义主铺层方向，并对每层的所述贴模面进行边界、路径、方向等参数化定义，所述主铺层方向为所述曲面的任意径线方向，每层所述贴面膜的铺层方向在所述主铺层方向的基础上增加、减少经度；
步骤三：根据预浸料带幅宽，将各所述贴模面微分为多个等幅宽的料带区，每个所述贴模面贴模面料带区的长度方向与所述贴模面铺层方向平行；
步骤四：通过集成式软件，对所述预浸料带的丝束进行密化，具体到所述预浸料带的最小不可分单元均存在对应的路径定义；
步骤五：根据自动铺丝机的最小铺丝长度、所述压力隔框的丢层边界，对所述丝束密化结果进行分析；
步骤六：根据定义的所述路径将铺覆过程、实际结果进行模拟分析，检验所述路径过程是否合理，结果是否符合工艺需求。
2.如权利要求1所述的复合材料压力隔框的自动铺丝路径规划方法，其特征在于，所述步骤一中提取的各所述贴模面为不可展开三维单侧球面结构。
3.如权利要求1所述的复合材料压力隔框的自动铺丝路径规划方法，其特征在于，所述步骤三中，对于各不可展开的所述贴模面，应用平行等距或曲面片偏移基本方法，进行基本中心路径和料带边界生成，实现整体曲面的满铺覆性。
4.如权利要求1所述的复合材料压力隔框的自动铺丝路径规划方法，其特征在于，所述预浸料带为T800级别碳纤维环氧预浸料。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113021949A (zh) * 2019-12-09 2021-06-25 上海飞机制造有限公司 一种复合材料窗框成型方法
CN113608500A (zh) * 2021-07-26 2021-11-05 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种自动铺丝程序运行控制方法
WO2024078395A1 (zh) * 2022-10-10 2024-04-18 上海飞机制造有限公司 一种用于优化自动铺放预浸料丝束过程中的参数的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102529115A (zh) * 2011-12-31 2012-07-04 哈尔滨工业大学 非可展曲面零件自动纤维铺放变角度轨迹规划方法
CN110682555A (zh) * 2019-09-19 2020-01-14 江苏恒神股份有限公司 一种复合材料压力框的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102529115A (zh) * 2011-12-31 2012-07-04 哈尔滨工业大学 非可展曲面零件自动纤维铺放变角度轨迹规划方法
CN110682555A (zh) * 2019-09-19 2020-01-14 江苏恒神股份有限公司 一种复合材料压力框的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
戴维蓉等: "基于自由曲面构件的纤维变刚度铺放路径规划", 《固体火箭技术》 *
邵冠军等: "自由曲面构件的纤维铺放路径规划", 《南京航空航天大学学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113021949A (zh) * 2019-12-09 2021-06-25 上海飞机制造有限公司 一种复合材料窗框成型方法
CN113608500A (zh) * 2021-07-26 2021-11-05 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种自动铺丝程序运行控制方法
CN113608500B (zh) * 2021-07-26 2022-05-10 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种自动铺丝程序运行控制方法
WO2024078395A1 (zh) * 2022-10-10 2024-04-18 上海飞机制造有限公司 一种用于优化自动铺放预浸料丝束过程中的参数的方法

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