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《南京航空航天大学》 2007年
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复合材料构件数字化制造若干支撑技术研究

陈功  
【摘要】: 复合材料构件以其高比强度、高比模量、可设计性、耐热、耐腐蚀、耐疲劳、隐身性好等独特性能而日益受到各行各业的高度重视,并在汽车、兵器、电子、航空航天等领域得到越来越广泛应用。复合材料的研究水平和应用程度是一个国家科技发展水平的重要体现,尤其在航空工业,各种先进的飞机无不与先进的复合材料技术紧密联系在一起。 为满足日益提高的飞机复合材料构件生产制造的要求,迫切需要全面应用数字化技术,改造现有的生产制造方式和流程,逐步实现复合材料构件设计、制造的数字化和一体化。本文围绕复合材料构件数字化制造的具体需求,研究数字化制造过程中的若干关键支撑技术,包括复合材料构件铺层曲面的展开预处理、复合材料构件铺层曲面的优化展开、复合材料构件模具材料的智能选择以及复合材料构件工装零组件的快速装配等,所取得的主要成果如下: 针对复合材料构件铺叠成型中预浸料的铺层展开需要,研究了曲面三角化、区域划分、剪口等曲面展开预处理技术。提出了一种基于离散高斯曲率的曲面区域划分方法,可有效实现用于铺层曲面展开的曲面区域划分。研究并实现了曲面自适应曲面剪口算法,该算法将曲面上高斯曲率大于用户所给阈值的点作为剪口起始点,再利用最短路径生成算法生成剪口路径,该算法可实现全封闭、单边界、双边界、多边界等类型曲面的自适应剪口。根据复合材料构件铺层曲面展开的实际需求,本文还提出了一种交互式曲面剪口算法,根据用户指定的剪口路径关键点,算法可生成符合用户需求的剪口路径。为了提高材料的下料效率和利用率,简化后续的排样工作,进一步提出了一种剪口路径优化算法,可有效消除锯齿状的剪口路径,实现剪口路径的平直化。 提出了一种以中心三角片为基三角片的“涟漪式”曲面展开方法,该方法能快速获得曲面的初始展开,有效减少累积误差。在获得曲面初始展开的基础上,提出了一种改进的基于弹簧-质点模型的曲面优化展开算法,算法的改进主要体现在以下几个方面:自适应时间步长的应用提高了算法的速度和稳定性;通过对模型中各质点惩罚力的计算,实现了翻转三角片的整体调整;算法还综合利用初速度和忽略初速度两种方法所具有的优点,使得展开过程中翻转三角片的快速调整、迭代的快速收敛等关键问题得到了较为圆满的解决。该算法能够快速获得网格数量较大的复杂曲面的优化展开,有效消除初始展开及优化过程中出现的翻转三角片,提高了复杂铺层曲面的展开质量。 提出了一种基于网格边的复杂曲面优化展开的新方法。该方法以曲面三角网格中各网格边长为优化变量,以展开前后网格边长误差最小为优化目标,以网格中各内部点均可展为约束条件,并采用牛顿法和矩阵分块等方法对该优化问题进行求解,构造出与原始曲面网格边长误差最小的可展曲面,并对构造出的可展曲面用“涟漪式”展开方法进行展开,从而实现复杂曲面的优化展开。该方法具有稳定、收敛速度快、展开精度高、展开操作简单等优点,可应用于网格数量较小的复杂铺层曲面的优化展开。 设计复合材料构件铺叠成型模具时,模具材料的选择至关重要。在分析研究复合材料构件模具材料选择的知识和经验的基础上,本文提出了一种模具材料选择模糊决策方法,该方法运用加权多因素模糊模式识别技术,同时结合基于规则的推理(RBR)技术和权重动态调整技术,实现了具有一定自适应功能的复合材料构件模具材料的模糊决策。 针对复合材料构件工装快速装配的要求,提出了“批装配”的概念,解决了“批装配”实现过程中装配特征的定义、零件实例化、实时预览等关键技术,实现了螺栓联接、螺钉联接、销联接等零组件的快速装配设计,大大减轻了设计人员的装配设计工作,提高了装配设计的效率。在对当前典型工装组件库中的实体模型、零组件参数表、组件的预览方法、组件实例化方法等进行分析研究的基础上,提出了组件库建库工具的总体框架,并在CATIA上开发了该组件建库工具,实现了组件的建立、查询、预览、调用以及主要参数的显示等功能。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP391.7

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【引证文献】
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6 刘翠;水声图像阈值分割及智能优化算法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 李飞;船体类球面外板水火成型工艺参数预报[D];大连理工大学;2010年
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1 陈艳丽;复合材料成型压力釜的设计与研究[D];武汉理工大学;2012年
【二级参考文献】
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