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复合材料纤维铺放路径规划与丝数求解.pdf

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航空学报第28卷 目与铺放路径间的对应关系，提出并实现了一种由这组点插值，得到一条三次样条曲线，即为所求 纤维裁剪算法，使得复合材料纤维较为均匀地铺的芯模形心线，如图3所示。 放在芯模表面。基于CATIA二次开发平台 CAA，开发了相应功能的软件模块，为后续芯模 运动、铺放头位姿的确定及压丝一断丝一送丝机构 的运动提供所需的信息和数据。 1纤维铺放方向的确定 预浸丝铺放路径指为自动铺放而设计的复合 材料丝带在某层的排布方式，用来控制铺放过程中图3芯模形心线与铺放参考母线 Fig．3CentraIcurveofthec。remouIdandmotherreference 铺放头走向。铺放角度为a的路径如图1所示。 CUrVe 铺放路径 将芯模形心线从一定的方向向芯模表面投 影，可得到芯模上一条曲线，称之为铺放参考母 线，其端点之一定义为铺放起始点，如图3所示。 如图2所示，假设共有优个截面轮廓，将其 依次编号为{S，，s。，⋯，s。}，将所有截面轮廓的 起点定在铺放参考母线上。然后求出所有截面轮 图l铺放路径廓的周长，取其中最大周长，并将其对应的截面轮 Fig．1Fiberplacementpath廓从起点开始等分成佗段，得到扎个等分点。 铺层的纤维轴线应与构件所受的拉压方向一同理，将其他截面轮廓si也从起点起等分成 致，以最大限度利用纤维轴向具有高强度和高刚胛段，每条截面轮廓线上均得到咒个等分点，记为 度的特性。理论上铺放角度可以是[一90。，90。]p。，．『一1，2，⋯，7z。其中p叫为S。的起点。 依次插值各截面轮廓第尼个等分点{p，∽ 间的任意角度，但目前大多选择o。，90。，±45。这4 m川⋯，鳓，。)，是一1，2，⋯，理；则得到如图3所示 种铺放角度。其中，0。用于承受轴向应力，±45。 的行条铺放参考线。为后续叙述方便，将这扎条 用于承受剪应力，而90。多用来保证沿径向有足 铺放参考线记为z。，z。，⋯，z。，并规定铺放参考线 够的抗压强度。如果承受复杂载荷，则铺层按 的同一端为起始端，另一端为终止端。 0。，90。，±45。多向铺设。 2·2铺放路径生成 2纤维铺放路径生成算法 如上所述，0。，90。，±45。这4种铺放角度是 2．1铺放参考线求取常用的角度。因此，本文就这几种情况进行讨论， 设计了铺放路径生成算法，并基于CATIACAA， 首先估算芯模形心线。如图2所示，以最大 开发了相应软件模块。 纤维丝带宽度为距离，取一组平行于芯模上下底 (1)o。铺放路径生成 面的等距离平面，与芯模相交可得一组平面轮廓， 由铺放角的定义可知，O。铺放路径的取向即 分别求得其几何形心，如图2所示的一组点。再 为铺放参考线的方向。由铺放参考线的生成可 知，理条铺放参考线{z。，z。，⋯，Z。)中相邻两线之间 的最大间距为预浸纤维丝带宽度叫，其余地方的 纤维丝带宽度均不大于叫，保证了沿着铺放路径 能铺满铺层。因此，取上述咒条铺放参考线为0。 S(===㈧U八¨_二⋯㈠Un¨㈠㈧二=Un¨㈠㈧==U、n：二=二㈧¨Un==㈠⋯¨Un：二_二⋯㈠U％n=二㈠H二=二=V(二㈠㈩¨¨U铺放路径，如图4所示。 八¨=二㈧H二二¨N八¨㈠㈧㈠U 吼八¨二二¨⋯㈠===7＆卜¨二二¨㈩¨=二N八¨-二㈦¨U八¨_二㈧㈠U八¨_二㈧¨U(2)45。铺放路径生成 图2芯模各截面形心如图5所示，设p，为一条45。铺放路径C，的 Cross—sectioncentralthecorem。uid Fig．2points。f起始点，过多，的一条铺放参考线为z：，过多，且平 第3期安鲁陵等：复合材料纤维铺放路径规划与丝数求解 旋线。因此，铺放角略小于90。。 如图7所示，取截面轮廓中任意两条相邻截 面轮廓线S。和S州围成的一段芯模。在该段芯 模内，从第1条铺放参考线z，上的p。点开始，每 图4o。铺放路径 Fig．4O。fiberplacementpaths条参考线上依次取一点作为90。铺放路径上的一 部分离散点。取点的规则是，第惫条铺放参考线 行于芯模底面的平面与铺放面的截面交线为5。。 ￡。上所取点夕；，是2。在该切层内长度的(志一1)／行 若z。在p，处的切矢为T¨，S。在声，处的切矢为 分点。最后，再在第1条参考线上取该段90。铺放 瓦。，则过L，和死L作平面M，。在M1内将n，绕 路径的终止端点声州，共取得(行+1)个点。 声，点逆时针旋转45。得到矢量，l。。再以n。为法 矢，可得一过p，点的平面N。，N。与z。有一交 点，记为夕。，则夕z为C，上第2个点。 S+】 只+ 只， 图790。路径离散点 Fig．7Determinationofthepointson90。fiberplaceme