catiav5复合材料设计

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1、CATIAV5复合材料设计介绍了航空复合材料的应用及CATIA软件复合材料设计解决方案。包括复合材料本体的设计、DMU/CAE分析、可制造性分析等等。本文以蜂窝夹层复合材料为例，介绍了CATIAV5对复合材料从设计、分析到制造的全过程。引言   随着航空工业的发展，复合材料的应用显得越来越重要。复合材料的设计与传统金属结构设计不同，需要考虑诸多的因素，如：多种的材料组合、材料的各向异性、材料的铺层顺序、产品的可制造性等。CATIAV5为复合材料设计提供了一整套完整而专业的解决方案，包括复合材料本体的

2、设计、DMU/CAE分析、可制造性分析等等。本文以蜂窝夹层复合材料为例，介绍了CATIAV5对复合材料从设计、分析到制造的全过程。一、蜂窝夹层复合材料简介   蜂窝夹层结构主要由两层面板(蒙皮)中间夹以蜂窝芯材(夹芯)用胶粘剂胶接构成，具有比强度和比刚度高，抗疲劳性能好和耐腐蚀等优点，同时还具有许多特殊功能，如：减震、消音、吸音、吸收和透射电磁波、隔热以及导流和变流等功能。   因此随着航空工业的发展，蜂窝夹层结构在飞机结构上广泛应用，如：前缘、后缘翼面，襟翼，扰流片，升降舵，方向舵，整流罩，地板，

3、隔板等均为蜂窝夹层结构。   蜂窝夹层结构件的构成包括：（图1）a)面板；b)边缘闭合件；c)蜂窝夹芯。   航空蜂窝夹层结构多采用铝合金板或复合材料板材作面板，用铝、芳纶纸或玻璃布蜂窝作夹芯材料，用热固性胶粘剂通过加热加压的方法将二者粘接成为整体。蜂窝夹层结构件可   按不同的情况分为：   1)按面板材料：分为复合材料面板和金属面板；（本文针对复合材料面板）   2)按夹芯类型：分为蜂窝夹层结构、泡沫塑料夹层结构和蜂窝/泡沫塑料混杂夹层结构；   3)按蜂窝材料：分为金属蜂窝夹层结构和非金属蜂窝

4、夹层结构。   二、CATIAV5复合材料设计   我们将复合材料的设计划分为：初步设计阶段、详细设计阶段、加工详细设计阶段、加工输出阶段等四个阶段（图2）。   CATIAV5Compositedesign(CPD)复合材料设计以流程为中心，能满足以上各个阶段的用户使用需求，为用户提供完整端到端的复合材料解决方案。   2.1复合材料初步设计阶段   蜂窝夹层零件复合材料零件是由支撑面，蜂窝和外表面构成（见图1）；支撑面、外表面分别为铺层复合材料铺层，蜂窝为实体。因此，在进行复合材料设计前，我们必

5、须在CATIA曲面设计（GSD）和零件设计（PDG）中，准备相关的曲面、相关轮廓线和蜂窝实体，然后再进入到CompositeDesign中进行复合材料设计。   在初步设计阶段，CATIA复合材料设计（CPD）为用户提供以下功能：   1.建立复合材料库，根据用户的需求，定义复合材料属性，基本参数包括所属材料库、纤维铺设角度、复合材料有限元属性等。（图3）   2.选择定义好的复合材料库、复合材料属性（如纤维方向的命名和排序），并且设置CATIA复合材料环境参数。   3.根据已经有的支撑面及轮廓定

6、义ZonesGroup.1（区域组1）；在ZonesGroup.1内定义区域和过渡区，并且根据设计要求定义层压板相关属性。（图4）   4.分析边界状态（图5）分析的内容包括：    区域之间的边界分析，分析结果如下：   黄色表示区域外部轮廓。   红色表示两个区域的连接线。    过渡区域之间的边界分析，分析结果如下：   绿色表示区域外轮廓线。   蓝色表示区域和过渡区域的边界。   蓝绿色表示两个过渡区的边界。   5.根据分析的结果，定义强制过渡点（ITP）；重新进行边界状态分析，直到满足

7、设计要求。   6.根据区域组生成顶层表面（图6），该顶层表面为外表面的参考曲面。   7.曲面修剪（图7）   切换到曲面设计（GSD），通过Trim（修剪）的功能，将顶层表面与蜂窝表面进行修剪；   得到蜂窝的外表面。并将相关的轮廓线重新替换到外表面上。   8.定义外表面区域组   返回到复合材料设计，根据第7步定义好的外表面及轮廓定义ZonesGroup.2（区域组2），在ZonesGroup.2内定义区域和过渡区，并且根据设计要求定义层压板相关属性。（图8）   9.分析边界状态   如果

8、不满足设计要求，则定义强制点（ITP），再重新分析直到满足设计要求。   10.如果满足设计要求，由定义好的区域组生成铺层表，铺层表为Excel或Text格式；铺层表包含层压板相关信息：铺层顺序、铺层、材料、纤维铺设方向、几何基准、铺层所在区域。（图9）   11.根据设计要求，调整铺层表，调整铺层顺序，并且管理层压板信息直到满足设计要求。   2.2复合材料详细设计阶段   初步设计完成后，进行工程详细设计，CATIA复合材料设计（CPD）为用户提供以下功能：（图1