基于遍历法的开放曲面铺丝轨迹规划-论文.pdf

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1、基于遍历法的开放曲面铺丝轨迹规划20l4年6月基于遍历法的开放曲面铺丝轨迹规划胡斌，徐东亮(武汉理工大学机电工程学院，武汉430070)摘要：根据自动铺丝对于铺放轨迹的要求分析了轨迹规划过程中的影响因素。将网格化曲面的方法运用到主应力法中，充分发挥网格化法便于计算的优势。基于铺层设计所得的离散点的铺放角度信息来生成铺丝轨迹。提出了自左向右遍历型面求轨迹的算法且重点讨论了轨迹规划起始点的选取及边界处铺放轨迹的求取方法。引入重合度以对纤维的重合和离缝程度加以控制，使得预浸料能够按要求铺满型面。在基于VC++开发的轨迹规划软件上对算法进行验证，证明了该算法的可行性。关键词：纤维铺放；

2、网格化曲面；主应力法；遍历法；覆盖性分析中图分类号：TB332；TH164文献标识码：A文章编号：1003一o999(2014)06—0020—051引言件的性能和承载能力，希望铺放轨迹任一点的切向自动铺丝具有较高的成型精度、较强的曲面适与构件在该点处的主应力方向尽可能地保持一致。应性以及较大的铺放自由度，不仅可以铺放凸面、凹通常的做法是，在铺层设计过程中对构件进行有限面等复杂曲面，甚至还可以铺放带窗口的开放曲面元分析，得到构件的主应力矢量图，进而得到满足构构件，已在复合材料加工中得到广泛的运用J。件力学性能要求的铺层厚度和各层铺放角度信息铺放路径规划是自动铺丝技术中最为关键的

3、技术之(型面上有限个点的铺放角度信息)，据此信息来规一划铺放轨迹j。此为主应力法的基本思想。。这是因为，预浸料的变形能力非常有限，纤维丝束只有沿着特定的方向铺放，才能保证其不屈皱、不网格化曲面法采用一系列的三角面片来逼近原撕裂地铺放在芯模的表面；更为关键的是，纤维的排有的曲面，在保证精度的前提下，将复杂的曲面问题布形式及其铺放角度直接决定了复合材料构件的力转化成平面问题来处理。因而本文将网格化法运用学性能J。自动铺带中采用的预浸料带宽较大，因到主应力法中，对其算法加以改进，充分发挥网格化而其轨迹规划的首要准则就是保证铺放过程中预浸法计算简便的优势。带的变形最小。而自动铺丝所用的

4、预浸料带宽较2．2力学方向计算及轨迹求取小，变形能力大，有更大的铺放自由度，所以它的设在三角网格化曲面上，若能够通过铺层设计得计准则是使纤维的铺放方向尽可能地满足构件的力到三角面片的三个节点的力学方向，那么可以通过学性能要求J。基于上述讨论，本文提出了一种根下面的距离权重法求取面片内任意点P的力学方据铺层设计所得到的铺放角度信息来生成铺放轨迹向：3的算法，且重点介绍了轨迹规划起始点的选取及边=∑W·(1)界处铺放轨迹的求取方法，以达到预浸料按照要求i=l铺满整个型面的目的。其中，W为权重，它的值等于任意点P到i节点距离的倒数；为i节点的力学方向。2自动铺丝轨迹规划算法基于铺层分

5、析所得铺放角度信息求取铺放轨迹2．1自动铺丝轨迹规划简介的方法如图1所示。P为规划当前点，TP为P点复合材料的突出优点在于其性能的可设计性，的切平面。依据上述求取任意点力学方向的方法求根据复合材料构件的工作环境和受力状况来选择合得P点的力学方向P。P，且其长度J尸P；l=L(计适的铺层层数、铺叠顺序和铺层角度，可以充分发挥算步长)。将PP投影到型面s上，求得点P，。以复合材料的优点[7,81。因而，为了提高复合材料构P，为规划当前点，重复上述过程，求得一系列的点。收稿日期：2014-01—10作者简介：胡斌(1990一)，男，硕士研究生，主要从事复合材料自动化制造工艺方面的研究

6、。通讯作者：徐东亮(1970一)，男，副教授，主要从事复合材料成型装备研制，xdongl@whut．edu．cn。麓广e

7、2队62014年第6期玻璃钢／复合材料21将这些点拟合成一条曲线，即可求得铺放轨迹m。其中，为该点的力学方向；N为该点的法向量。在P的邻域内选取m个考察点P一P，且分别判断这些点位于平面F的哪一侧。如果对于某一点P，其考察点都位于平面F的右侧，则认为P点为局部左极限点，以此作为初始规划参考点。当然，通过此方式求得的边界上的左极限点可能有多个，但是后面的讨论可以证明，以其中的任意一个作为初始规划参考点都可以达到相同的效果。图1轨迹规划算法3．2铺丝轨迹规划Fi

8、g．1PathplanningMgofithm求得初始规划参考点P后，便可求取规划起始点P。以满丝束铺放为例，P。与P在空间上相距3轨迹规划总体设计0．5(代表满丝铺放的宽度)的距离。由微遍历型面法的总体方案为：依照型面总体力学分几何的知识可知，曲面上的测地线等效于平面上方向确定初始规划参考点，将此参考点在型面上往的直线，因而可以由坝0地线弧长求得空间两点在曲右侧(此处所说的左、右是以该点的力学方向为基准面上的距离。的)偏移一定的距离(距离视具体情况而定)，求得如图2所示，现以(即参考点P。