[发明专利]纤维复合材料于圆柱面的铺放轨迹规划方法及装置

权利要求书

1.一种纤维复合材料于圆柱面的铺放轨迹规划方法，其特征在于，包括：

S10基于待铺放预浸丝束的圆柱面得到相应的平板面，并根据预设规则确定一预浸丝束于平面直角坐标系下铺放的NURBS曲线，所述预浸丝束由纤维复合材料制备；

S20将所述预浸丝束平面直角坐标系下铺放的NURBS曲线转换至圆柱坐标系，得到预浸丝束于圆柱面上的铺放曲线；

S30根据该预浸丝束于圆柱面上的铺放曲线，绕Z轴旋转依次确定其他预浸丝束于圆柱面上的铺放曲线，完成预浸丝束于圆柱面铺放轨迹的规划；

在步骤S10中，所述预浸丝束于平板面上铺放的残余应变ε为：

其中，k_g为测地曲率；W_a为预浸丝束铺放的实际宽度，且W_a＝D×n，D为预浸丝束的宽度，n为预浸丝束的根数；

假定宽度为W_a的预浸丝束在平板面上不产生屈皱的最小侧弯半径为r_min，当ε增大到一临界值至测地曲率半径r_g＝r_min时，铺放轨迹的曲率半径R需满足：

其中，f(x)为NURBS曲线的表达式。

2.如权利要求1所述的铺放轨迹规划方法，其特征在于，在步骤S20中，于圆柱底面的中心建立空间直角坐标系作为圆柱坐标系，且在所述圆柱坐标系中，z轴与圆柱的中心轴重合，平板面于平面直角坐标系下y轴方向的端点连线相交于圆柱坐标系的oxz平面，则平面直角坐标系与圆柱坐标系之间的坐标变换式为：

其中，(x,y)为平面直角坐标系上铺设的预浸丝束任意一点的坐标，(x',y',z')为平面直角坐标系中的点(x,y)于圆柱坐标系中对应点的坐标；(x_a,y_a)为平板面中一顶点的坐标，且所述顶点对应位于圆柱坐标系的x轴上；L为平板面x轴方向上的长度，r为圆柱的半径，且r＝L/2π。

3.如权利要求2所述的铺放轨迹规划方法，其特征在于，在步骤S30中，绕Z轴旋转移动后的铺放曲线坐标为：

其中，m为旋转移动的次数，m＝1,2,3…·N；W₀为需要移动的圆周弧长，W₀＝L/N；N为铺放的轨迹条数，α_max为平面直角坐标系下铺设的预浸丝束各点的最大斜率值。

4.一种纤维复合材料于圆柱面的铺放轨迹规划装置，其特征在于，包括：

平面数据获取模块，用于基于待铺放预浸丝束的圆柱面得到相应的平板面，并根据预设规则确定一预浸丝束于平面直角坐标系下铺放的NURBS曲线，所述预浸丝束由纤维复合材料制备；

圆柱曲线获取模块，用于将所述预浸丝束平面直角坐标系下铺放的NURBS曲线转换至圆柱坐标系，得到预浸丝束于圆柱面上的铺放曲线；

铺放轨迹规划模块，用于根据该预浸丝束于圆柱面上的铺放曲线，绕Z轴旋转依次确定其他预浸丝束于圆柱面上的铺放曲线，完成预浸丝束于圆柱面铺放轨迹的规划；

在平面数据获取模块中，所述预浸丝束于平板面上铺放的残余应变ε为：

其中，k_g为测地曲率；W_a为预浸丝束铺放的实际宽度，且W_a＝D×n，D为预浸丝束的宽度，n为预浸丝束的根数；

假定宽度为W_a的预浸丝束在平板面上不产生屈皱的最小侧弯半径为r_min，当ε增大到一临界值至测地曲率半径r_g＝r_min时，铺放轨迹的曲率半径R需满足：

其中，f(x)为NURBS曲线的表达式。