專利名稱：一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中曲面鋪層的下料方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料成形領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中曲面鋪層的下料方法。
背景技術(shù)：
目前，對于曲面類的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其下料形狀多為等寬的帶狀，鋪疊時按照基準(zhǔn)方向在曲面上的投影線為鋪疊起始線，在鋪疊好第一條鋪層后，其余的帶狀鋪層都沿著上 一條鋪層的邊界并行鋪疊，直至鋪滿整個形面。這種方法在平面上是可行的，但對于曲面結(jié) 構(gòu)由于外形的影響，相互并排的纖維會漸漸的偏離最初的起始線。在結(jié)構(gòu)的邊緣偏離會很 大，并且斷纖維會集中出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種使曲面結(jié)構(gòu)承載更合理，連續(xù)纖維分布更均勻的下料方 法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，(一)分別定義鋪層中的纖維角度的基準(zhǔn)方向、定義鋪層中條狀子鋪層的最大 寬度Wmax、定義鋪層中條狀子鋪層的最小寬度Wmin、定義鋪層中條狀子鋪層每次增加的寬度 Aff ；( 二)做鋪層的纖維角度的基準(zhǔn)方向的法平面集；(三)選取鋪層中的纖維角度的基準(zhǔn)方向法平面與鋪層形面的最長交線；(四)將這個最長交線的一個端點(diǎn)作為第一個起始點(diǎn)；(五)在這條交線上按定義條狀子鋪層的最小寬度的距離等距排列點(diǎn)(如果設(shè)點(diǎn) 的間距為W，那么W = Wmin)；(六)以每一個等距排列的點(diǎn)在鋪疊曲面內(nèi)做鋪層的纖維角度的基準(zhǔn)方向的測地 線.
一入 ，(七)判斷按照這些測地線所裁的條狀子鋪層是否可以展開成平面，可以展開成 平面，將排列點(diǎn)的間距增加一個每次增加的寬度值(W = Wn+Δ W)，返回至上述步驟(五)； 不可以展開成平面或大于定義鋪層預(yù)浸料的最大寬度，將排列點(diǎn)的距離寬度減少一個增加 的寬度(W = Wn-AW)，如果初始寬度就不可展，則更改初始寬度；(八)在這條交線上按照步驟(七)得到的寬度重新等距排列點(diǎn)；(九)過每一個等距排列的點(diǎn)在鋪疊曲面內(nèi)做鋪層纖維角度的基準(zhǔn)方向的測地 線，即為此角度方向鋪層的裁剪線。所述鋪層中的纖維方向與基準(zhǔn)方向的角度是-90° 90°。本發(fā)明是將要鋪疊的曲面各個鋪層分成條狀下料，整個鋪層由若干條狀子鋪層組 成，然后在模具表面將每一層的各個條狀子鋪層拼成完整的鋪層。其中條狀子鋪層的形狀 是鋪疊的曲面上的某兩條測地線之間的形狀，其中一條邊緣上的纖維為連續(xù)纖維，在條狀 子鋪層展開成平面時此條纖維為直線。此方法使得復(fù)合材料曲面結(jié)構(gòu)的承載更合理，連續(xù) 纖維分布更均勻。


圖1是本發(fā)明實施例一流程圖；圖2是本發(fā)明實施例一初步劃分的0度鋪層下料形狀示意圖；圖3是本發(fā)明實施例一最終的0度鋪層下料形狀示意圖；圖4是本發(fā)明實施例二流程圖；圖5是本發(fā)明實施例二初步劃分的帶角度的鋪層的下料邊界形狀示意圖；圖6是本發(fā)明實施例二最終的帶角度的鋪層的下料邊界形狀示意圖。
具體實施方式

(一)分別定義鋪層的纖維的角度基準(zhǔn)方向、定義條狀子鋪層的最大寬度Wmax、定 義條狀子鋪層的最小寬度Wmin、定義條狀子鋪層每次增加的寬度AW ；( 二)做鋪層的纖維的角度基準(zhǔn)方向的法平面集；(三)選取鋪層的纖維的角度基準(zhǔn)方向法平面與鋪層形面的最長交線；(四)將這個最長交線的一個端點(diǎn)作為第一個起始點(diǎn)；(五)在這條交線上按條狀子鋪層的最小寬度的距離等距排列點(diǎn)(如果設(shè)點(diǎn)的間 距為W，那么W = Wmin)；(六)以每一個等距排列的點(diǎn)在鋪疊曲面內(nèi)做鋪層的纖維的角度基準(zhǔn)方向的測地 線.
一入 ，(七)判斷按照這些測地線所裁的區(qū)域預(yù)浸料是否可以展開成平面，可以展開成 平面，將排列點(diǎn)的間距增加一個每次增加的寬度值(W = Wn+Δ W)，返回至上述步驟(五)； 不可以展開成平面或大于定義鋪層預(yù)浸料的最大寬度，將排列點(diǎn)的距離寬度減少一個增加 的寬度(W = Wn-AW)，如果初始寬度就不可展，則更改初始寬度；(八)在這條交線上按照步驟(七)得到的寬度重新等距排列點(diǎn)；(九)過每一個等距排列的點(diǎn)在鋪疊曲面內(nèi)做鋪層纖維的角度基準(zhǔn)方向的測地 線，即為此角度方向鋪層的裁剪線。所述的鋪層纖維與基準(zhǔn)方向的角度是-90° 90°實施例一用預(yù)浸料制作一復(fù)合材料零件，其位于飛機(jī)的前段機(jī)身，外形是類似錐狀臺體的 簡單曲面。定義0度鋪層的下料邊界形狀首先將飛機(jī)的航向做為0度鋪層的基準(zhǔn)方向，定定 義條狀子鋪層的最大寬度(Wmax) 300mm，定義條狀子鋪層的最小寬度(Wmin)為10mm，定義條 狀子鋪層每次增加的寬度(AW)為10mm。做基準(zhǔn)方向的法平面集，以這些法平面去截機(jī)身 型面，選取交線最長的截面，也就是找到機(jī)身型面中最粗的地方。取得這條交線，在這條交 線上以一個端點(diǎn)為起始點(diǎn)，按最小寬度(Wmin)為IOmm的間距排列基準(zhǔn)點(diǎn)。在曲面上以每一 個等距排列的點(diǎn)，以航向為基準(zhǔn)做測地線。分析按照這些測地線所圍成的形狀所剪裁的預(yù) 浸料是否可以展開成平面。經(jīng)過分析可以展開成平面，那么將基準(zhǔn)點(diǎn)的間距增加，增加的寬 度(Mf)為10mm，總間距調(diào)至20mm，得到的形狀依然可以展開成平面。繼續(xù)增加基準(zhǔn)點(diǎn)的 間距，當(dāng)間距為140mm時，得到的形狀不可展開成平面。于是將點(diǎn)的最大間距定為130mm。把此時得到的條狀子鋪層的曲面邊界形狀在平面上展開成平面，展開成平面時條狀鋪層的 一條邊界為連續(xù)纖維并且為直線。這樣便得到了 O度鋪層的下料邊界形狀。實施例二用預(yù)浸料制作一復(fù)合材料零件，其位于飛機(jī)的前段機(jī)身，外形是類似錐狀臺體的 簡單曲面。定義45度鋪層的下料邊界形狀首先將與飛機(jī)的航向呈45度的方向定義為鋪層的基準(zhǔn)方向，定義條狀子鋪層的最大寬度(Wmax)為300mm，定義條狀子鋪層的最小寬度 (Wfflin)為10mm，定義條狀子鋪層每次增加的寬度(Mf)為10mm。做基準(zhǔn)方向的法平面集，以 這些法平面去截機(jī)身型面，選取最長的交線，在這條交線上以一個端點(diǎn)為起始點(diǎn)，按最小寬 度(Wmin)為IOmm的間距排列基準(zhǔn)點(diǎn)。在曲面上以每一個等距排列的點(diǎn)，以航向為基準(zhǔn)做測 地線。分析按照這些測地線所圍成的形狀所剪裁的預(yù)浸料是否可以展開成平面。經(jīng)過分析 可以展開成平面，那么將基準(zhǔn)點(diǎn)的間距增加，寬度(AW)為10mm，總間距調(diào)至20mm，得到的 形狀依然可以展開成平面。繼續(xù)增加基準(zhǔn)點(diǎn)的間距，當(dāng)間距為160mm時，得到的形狀不可展 開成平面。于是將點(diǎn)的最大間距定為150mm。把此時得到的條狀鋪層的曲面邊界形狀在平 面上展開成平面，展開成平面時條狀子鋪層的一條邊界為連續(xù)纖維并且為直線。這樣便得 到了 45度鋪層的下料邊界形狀。
權(quán)利要求
一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中曲面鋪層的下料方法，其特征在于(一)分別定義鋪層的纖維角度的基準(zhǔn)方向、定義鋪層中條狀子鋪層的最大寬度、定義鋪層中條狀子鋪層的最小寬度、定義鋪層中條狀子鋪層每次增加的寬度；(二)做鋪層中的纖維角度的基準(zhǔn)方向的法平面集；(三)選取鋪層中的纖維角度的基準(zhǔn)方向法平面與鋪層形面的最長交線；(四)將這個最長交線的一個端點(diǎn)作為第一個起始點(diǎn)；(五)在這條交線上按已定義的條狀子鋪層的最小寬度的距離等距排列點(diǎn)；(六)以每一個等距排列的點(diǎn)在鋪疊曲面內(nèi)做鋪層的纖維角度的基準(zhǔn)方向的測地線；(七)判斷按照這些測地線所裁的條狀子鋪層是否可以展開成平面，可以展開成平面，增加一個每次增加的寬度值，返回至上述步驟(五)；不可以展開成平面或大于定義鋪層預(yù)浸料的最大寬度，將排列點(diǎn)的距離寬度減少一個增加的寬度，如果初始寬度就不可展，則更改初始寬度；(八)在這條交線上按照步驟(七)得到的寬度重新等距排列點(diǎn)；(九)過每一個等距排列的點(diǎn)在鋪疊曲面內(nèi)做鋪層纖維角度的基準(zhǔn)方向的測地線，即為此角度方向的鋪層的裁剪線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中曲面鋪層的下料方法，其特征在于所 述鋪層中的纖維方向與基準(zhǔn)方向的角度是-90° 90°。
全文摘要
本發(fā)明屬于復(fù)合材料成形領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中曲面鋪層的下料方法。本發(fā)明是將要鋪疊的曲面各個鋪層分成條狀下料，整個鋪層由若干條狀子鋪層組成，然后在模具表面將每一層的各個條狀子鋪層拼成完整的鋪層。其中條狀子鋪層的形狀是鋪疊的曲面上的某兩條測地線之間的形狀，其中一條邊緣上的纖維為連續(xù)纖維，在條狀子鋪層展開成平面時此條纖維為直線。此方法使得復(fù)合材料曲面結(jié)構(gòu)的承載更合理，連續(xù)纖維分布更均勻。
文檔編號B64F5/00GK101811580SQ201010000809
公開日2010年8月25日 申請日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者常海峰, 梁憲珠, 薛向晨 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所