毕业设计立项报告--林高松

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1、基于项目学习的毕业设计项目立项报告项目名称：数控多坐标纤维铺放机结构设计院（系）机电学院专业机械设计制造及其自动化学生林高松学号1080810427班号0808104指导教师路华填写日期2011.12.26哈尔滨工业大学机电工程学院2011年11月说明一、立项报告应包括下列主要内容：1．立项依据（研究意义、国内外研究现状并附主要参考文献）；2．研究内容、研究目标及拟解决的关键问题；3．拟采取的研究方案及可行性分析；4．项目的特色与创新；5．进度安排及预期成果；6．研究基础与工作条件；7．项目组成员简介；8．项目经费预算。二、报告需用A4纸双面打印，左侧装订，由指导教师填写意见、签字后

2、，统一交所在院（系）保存，以备检查。三、报告的电子版均需交由各单位教学主任存档，由各班班长统一收集、上交，不单独受理。四、此说明页不得删除。指导教师评语：指导教师签字：检查日期：1.立项依据1.1研究意义为提升我国复合材料制造技术水平，纤维铺放和缠绕技术作为复合材料数字化生产线的重要组成部分，已经列入我国的“飞机制造业数字化工程”指南。目前，我国大飞机项目已经立项，并明确为大型客机和大型军用运输机，前期规划复合材料用量为15%，随着技术的成熟和发展复合材料用量将进一步扩大。而纤维铺放和缠绕技术是解决飞机复合材料零件制造的关键，因此有必要开着自动铺放设备的研究工作，为大型飞机复合材料零

3、件的制造奠定基础。纤维铺放技术只有美、法、西班牙等少数几个西方国家掌握技术的核心，而西方国家对于高性能多自由度数控铺放设备对我国实行禁运。因此，我国有关部门应制定长期发展规划，有计划、有组织、系统地开展纤维铺放缠绕技术的研究工作，在借鉴国外研究成果的基础上，根据我国的实际国情，研制出具有自主知识产权的技术装备和材料体系。尤其是七自由度纤维铺放系统及其相关技术的研究，对于提高我国高性能复合材料产品的制造水平、增强我国航空航天及国防事业的综合实力具有重大意义。1.2国内外研究现状（1）国外研究现状目前，纤维铺放技术在以美国为代表的西方国家已经开始了装备技术、材料技术和CAD/CAM软件技

4、术的研究，并得到了应用。最早开始研制纤维铺放技术的有Boeing公司、CincinnatiMilacron公司和Hercules公司等，20世纪70年代开始设备设计、工艺与材料研制等诸项工作。20世纪80年代初，Boeing公司的机械工程师QuentinWood提出了AVSD铺放头（AutomatedVariableStrainedDispensingHead）设想，解决了纤维束压实、切断和重送的问题。1985年Hercules公司研制出了第一台原理样机。1989年CincinnatiMilacron公司设计出其第一台纤维铺放系统并于1990年投入使用。1995年Ingersoll公

5、司也研制出其第一台铺放机。随着自动铺放技术的不断发展控制系统从模拟控制升级到全数字控制。20世纪90年代还开发了专用的CAD/CAM软件与硬件配套，使其功能日臻完善。设备制造商和飞机部件制造商也不断开发出自动铺放新技术，包括双向铺放头技术、丝束重定向控制技术、张力控制技术、预浸丝束整形技术、FiberSteer技术、柔性压辊技术、热塑性自动铺放技术、超声固接成型技术和CAD/CAM软件技术等。目前铺丝机的单丝剪切、夹紧和重送等动作均可在计算机协调控制下完成，所使用的纤维束主要是由12K预浸长纤维组成，标准宽度有3.2mm、6.4mm、12.7mm三种。铺丝宽度调节靠裁剪纤维束的根数完

6、成，由32根纤维丝集束组成的丝束宽度可达300mm。铺丝张力约为1至3N，铺放精度可达到0.005mm。目前国际上主要的铺丝机生产商有美国Cincinnatimachine、Ingersoll公司，欧洲的AutomatedDynaMicro、M.Torres等。在铺丝成型结构设计和分析方面，堪萨斯大学开发了复合材料分析与设计系统SteeredCompositeAnalysisandDesignSystemSCADS)。该系统集复合材料结构设计和分析于一体，将手工铺放和自动铺放有机结合，可根据复合材料零件实际工况优化纤维铺放路径。SCADS的开发侧重于2个方面：一方面侧重于轨迹规划，并

7、在被铺放曲面上仿真纤维路径；另一方面是纤维路径与现有的复合材料分析软件的整合。SCADS系统中的纤维铺放分析环境（FPA）具有在丝束级别上分析纤维性能的能力包括纤维方向和曲面曲率分析丝束缝隙和重叠的分析，以及对有限元网格节点的自动几何解析。（1）国内研究现状国内对纤维铺丝技术的研究开展时间不长、起步基点较低，还没有定型产品设备在生产中得到应用。南京航空航天大学在2000年获得总装备部“航空支撑”和国家科技部“863”资助，与上海万格复合材料技术有限公司合作