[发明专利]基于类回转体构件形心的自动铺丝轨迹切片环生成算法

说明书

技术领域

本发明涉及先进复合材料自动铺丝成型领域，尤其涉及基于类回转体构件形心的自动铺丝轨迹切片环生成算法。

背景技术

自动铺丝成型技术因其高质量、高效率、适应性强的特点已经被广泛的应用于具有复杂外形的先进复合材料构件的自动化成型过程中，因此已经成为了大型航空航天飞行器的标配制造技术。

在自动铺丝成型过程中，自动铺丝轨迹设计的精准度直接影响着铺放纤维取向与设计取向之间的偏差，决定着自动铺丝成型构件的最终性能。为使铺放后纤维取向与设计取向相同，轨迹规划常采用以下步骤进行：基于基础参考线，获得一系列与模具曲面相交空间曲线(切片环)作为纤维角度的基准线，在基准线(切片环)的基础上，计算出与基准线成固定角度(与设计取向相同)的铺放轨迹点。与其他方法相比，该种算法适应性更为广泛。显然，在该种方法中，基础参考线和基于该参考线的切片环的计算和构造十分的重要，直接决定着纤维曲线与设计取向之间的角度偏差，尤其是针对复杂类回转体构件的轨迹规划。

目前针对复杂类回转体构件，轨迹规划时多采用的基础参考线为回转主轴，所得的切片环是与主轴垂直的平面与模具表面相交得到的空间曲线，由于所得切片环处处平行，并不足以反映复杂类回转构件表面的形状变化，具有局限性。

发明内容

本发明提供了基于类回转体构件形心的自动铺丝轨迹切片环生成算法，能够根据回转体构件的具体情况的构建切片环,更准确的反映回转体构件表面的形状变化。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于类回转体构件形心的自动铺丝轨迹切片环生成算法，包括：

步骤1、在数模中根据1个/mm的密度构造出与构件的主轴垂直的若干平面，得到所述构件的曲面与所述平面相交所得的若干截面；

步骤2、加载形心点有效性判断标准，对所述截面的形心点进行有效性判断，得到有效形心点,所述有效形心点拟合形成形心曲线；

步骤3、根据1个/mm的密度构造过所述有效形心点的辅助平面，所述辅助平面的法向量是所述形心曲线在有效形心点处的切向量，所述辅助平面与所述构件的交线是切片环；

步骤4、加载切片环上点的有效性判断标准，判断所述切片环上所有点的有效点，得到切片环上的有效点,连接所述有效点作为铺放角度参考线，所述铺方角度参考线即为基于形心曲线的切片环，其中，在曲率比较大并且形心点比较密的情况下，切片环可能会形成交叉，导致轨迹点出现折返现象，不符合复合材料铺放成型要求，因此需要对切片环上的点进行有效性判断。

进一步的，所述形心点有效性判断标准，包括：

所述有效形心点对应的所述截面是一个封闭曲面。

进一步的,所述形心点有效性判断标准还包括：

所述形心曲线上任一点的切向量和所述任一点所处截面的边界点均值向量之间的角度偏差在允许误差范围内。

进一步的，所述允许误差范围具体表达为：

cos^-1(n_x×n_xe+n_y×n_ye+n_z×n_ze)＜θ (1)

其中，所述任一点的切向量为(n_x,n_y,n_z)，所述边界点的均值向量为(n_xe,n_ye,n_ze)，所述允许误差为θ,，θ＝1.5°。

进一步的，相邻的所述形心点的切向量间夹角不大于10°，并且相邻的所述切片环之间最大间距不大于3mm。

进一步的，所述切片环上点的有效性判断标准包括：

形心点i和形心点k相邻，所述形心点i的坐标为(x_i,y_i,z_i)，切向量为(n_x,n_y,n_z)，所述形心点i所处的所述切片环表达式为

n_x(x-x_i)+n_y(y-y_i)+n_z(z-z_i)＝0 (2)