复合材料自动铺带的预浸带规划技术

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1、学术论文复合材料自动铺带的预浸带规划技术术PrepregTapeDesigningTechnologyonAutomaticTape-LayingforComposites中航工业北京航空制造工程研究所孟月梅沈阳航空航天大学王伟【摘要】针对复合材料自动铺带技术的铺放要求，对预浸带的几何构成与规划初始条件设定进行了介绍，提出了基于铺层信息的预浸带铺放路径规划、预浸带轮廓边界生成以及展平几何计算等实现方法，并从不同侧面阐述了预浸带可铺放性的分析方法。通过预浸带规划模块开发以及曲面铺层上预浸带几何的生成，证明了该方法的可行性。关键词：自动铺带预浸带规划铺放路径预浸带

2、轮廓展平几何IABSTRACT】Geometricelementsandtheinitialconditionsofprepregtapedesigningareintroduced，whichisbasedonautomatictape·-layingtechnologyforcompos·-ites．Accordingtoplyinformation，geometricelementoftapeisgenerated，andthemethodoftapeanalysisisdis—cussed．Themoduleoftapedesigningisdevel

3、oped，andanexampleshowsthatthemethodofgeneratingtapegeom—etriesonsurfaceisfeasible．Keywords：Automatictape-layingPrepregtapedesigningTape-layingpathContourofprepregtapeFlatteninggeometry自动铺带技术是复合材料构件自动化制造发展的产物。该技术利用数控技术实现预浸带定位、铺覆、裁剪、压实等过程的自动完成，是数控、CAD／CAM、预浸带铺放工艺等多个技术领域的综合应用。自动铺带将一定宽度

4、的单向预浸带按预定方向进行铺覆，不仅要满足所铺放的预浸带不能有皱褶、撕裂等现象，且相邻预浸带不允许搭接。对于一些尺寸大、曲率变化较小的复合材料构件，手工制造难度大，精度、工艺性能难以保证，采用自动铺带技术不仅能够很好地解决这类问题，而且效率也有显著提高11-21。在自动铺带CAD／CAM软件开发中，预浸带铺放路+用于翼面类结构的大型复合材料铺带机(2009ZX04004—101“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项)、基于全三维信息模型的复材T艺设计技术(先进制造技术预研项目)、基于全三维信息模型的复材—[装设计技术(先进制造技术预研项目)资助。径规划是其

5、关键技术之一，它直接关系到复合材料构件的成型精度与质量。国外已有商业化的自动铺带CAD／CAM软件，如美国CINCINNATI公司的ACRAPATH软件，法国CIMPA公司的TAPELAY软件等。国内针对自动铺带CAD／CAM技术也进行了深入研究，如南京航空航天大学等单位，在自动铺带相关软件开发方面取得了一些成果，并进行了应用验证[3-4]o在自动铺带的预浸带规划研究中，从目前报道发现，针对路径规划算法方面的研究较多，而对基于铺层信息的预浸带规划技术方面的研究较少。本文针对复合材料自动铺带技术的铺放要求，明确了预浸带几何构成及规划初始条件，提出了基于铺层信息的

6、预浸带铺放路径规划、预浸带边界生成以及展平几何获取等实现方法，并从不同侧面对预浸带可铺放性进行了分析，使自动铺带的预浸带规划方法更具有实用性。运用本文提出的实现方法，借助CATIA提供的二次开发工具CAA，开发了预浸带规划功能模块，并在曲面铺层上生成了预浸带相关几何，验证了该方法的可行性。1预浸带几何元素构成及规划初始条件设定1．1预浸带几何元素在复合材料构件铺层设计模型中，铺层信息包括纤维方向、铺层轮廓线及铺层所在面(可为平面或曲面)。自动铺带的预浸带规划，将以铺层信息为基础，提供能够完整描述整个铺层中所有预浸带定位、铺放、裁剪等过程所需的各类数据。通过对铺

7、带设备与所需制造数据的综合分析，确定预浸带几何类型主要包括预浸带铺放路径、轮廓边界以及其展平几何[5】。(1)预浸带铺放路径是铺放带的轨迹数据，位于整个预浸带沿纤维方向的中部，也称为预浸带中心线。(2)预浸带轮廓边界由带侧边线、铺层轮廓边界等构成，为一封闭轮廓线。带轮廓边界决定了带的实际形状。(3)预浸带展平几何是对预浸带平直状态时的形状描述。该数据主要用于铺放设备的自动裁剪。2013年第21期·航空制造技术81学术论文预浸带几何元素构成如图l所示展平几何轮廓边界图1预浸带几何元素构成Fig．1Geometricalelementsofprepregtape1

8、-2预浸带规划初始条件设定预浸带规划初