[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

说明书

本发明提供了一种纤维复合材料于圆柱面的铺放轨迹规划方法及装置，其中，铺放轨迹规划方法中包括：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，预浸丝束由纤维复合材料制备；S20将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。有效解决现有纤维复合材料于圆柱面铺放求取步骤繁琐、不能保证曲线的光滑程度等技术问题。

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种纤维复合材料于圆柱面的铺放轨迹规划方法及装置。

背景技术

纤维复合材料是由有机高分子基体材料与高性能纤维增强材料经过特殊成型工艺复合而成的具有2相或2相以上结构的材料，纤维增强型复合材料因其质量轻、比强度和比模量高、不反射电磁波、设计自由度大等优点，越来越多的被应用于日常生活及军工领域。自动铺放成型技术由于具有质量稳定、成型效率高(约为人工铺放效率的5～20倍)等特点，已经在国外飞机制造企业中得到了应用。使用纤维增强型复合材料，可以减少飞机自身的重量，降低燃油的消耗，进而提升飞机的综合性能。

在工程中，复合材料构件多采用定角度轨迹的成型方式铺放，选用铺放角度通常为0度、90度和±45度，其中直线铺放构件的力学性能对于日益增长的工业需求来说开始捉襟见肘。变刚度的概念最早由Gürdal提出，其采用变角度曲线的方式来构建纤维轨迹。与传统的直线铺放构件相比，变角度曲线铺放的构件越来越受到市场的青睐，不仅是因为变角度曲线铺放轨迹可以满足整个层合板对于刚度的要求、能够有效提高复合材料构件的承载能力，而且能够根据刚度性能要求很好地去设计构件。

目前，在对回转体或不可展开曲面进行曲线纤维轨迹规划时，通常先求取轨迹上的关键点，再将关键点依次连接得到自动纤维铺放的轨迹线，但是得到的轨迹线无法采用确切的表达式进行表达、求取步骤繁琐、不能保证曲线的光滑程度，且轨迹线难以进行大幅度的改变。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种纤维复合材料于圆柱面的铺放轨迹规划方法及装置，有效解决现有纤维复合材料于圆柱面铺放求取步骤繁琐、不能保证曲线的光滑程度等技术问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种纤维复合材料于圆柱面的铺放轨迹规划方法，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。

进一步优选地，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。