一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法与流程

本发明属于先进树脂基复合材料制备中的自动化优化领域，具体是涉及一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法。

背景技术：

1、复合材料铺丝工艺涉及的构件型面通常为复杂型面，且成型工艺相当复杂，无法完全依赖人工方式生成铺丝数控指令。自动铺丝过程涉及将多根纤维丝束按照预先规划的铺放线型，在压辊下组成纤维丝带，铺放在根据复合材料构件设计的模具表面上。经过热压固化成型后，构件与模具分离，最终获得所需的复合材料构件。为确保丝束铺放质量并满足工艺要求，对复杂型面的铺放线型规划通常采用基于基准路径的等距覆盖方法。基准路径的选择成为决定整体铺放质量的核心要素，而基准路径上铺放点的侧向半径直接影响线型的可铺放性。

2、随着时代的发展，先进树脂基复合材料在航空航天领域得到更广泛的应用。传统的手工铺放方式已不能满足制造大尺寸复杂复合材料构件的需求，因此采用自动铺丝设备成为制备复合材料构件的广泛选择。

3、在进行复合材料构件的自动铺放时，丝束铺放线型的规划成为关系铺放质量的关键技术。目前主要采用基于基准路径的等距覆盖方法，但这种方法未考虑实际曲面曲率变化可能导致铺放线型不符合最小侧向半径约束的情况。这可能导致纤维丝束出现褶皱、撕裂等无法铺放的问题，从而影响构件的成型质量。现有的线型规划方法设定了固定的纤维丝束宽度和铺放条数，通过等距覆盖方法高效完成丝束铺放线型规划，具有高效率的特点。然而，由于未考虑贴膜面曲率变化对线型侧向半径的影响，容易导致丝束褶皱或撕裂的问题。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明主要针对以上问题，提出了一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法，其目的是解决由于通过等距覆盖方法进行铺放线型密化未考虑贴膜面曲率变化导致纤维丝束侧向半径过小，低于最小侧向半径限制，导致线型不满足材料可铺放性的问题，提高铺放线型规划质量和效率。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供了一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法，包括如下步骤：

5、s100、根据给定贴膜面几何、工艺设计的铺放参数以及已规划的线型数量和数据，执行等距离铺放规划以得到参考线型；

6、s200、对参考线型上的各关键点进行侧向半径计算，以分析各点是否达到了预设的最小侧向半径要求，确认参考线型是否满足可铺放性要求；

7、s300、对于不满足可铺放性要求的参考线型，在限定范围内按照既定规则选择新的起始点，并迭代地重新规划直至线型满足可铺放性要求；

8、s400、重复上述步骤，开展下一根线型规划，直至覆盖整个贴膜面。

9、进一步地，步骤s100中的贴膜面几何包括贴膜面的形状参数、尺寸参数，工艺设计的铺放参数包括丝束宽度、丝束铺放条数、铺放间隙。

10、进一步地，参考线型是通过延伸现有的线型到给定贴膜面边界获取。

11、进一步地，步骤s200中的可铺放性分析是通过比较参考线型上所有铺放点的实际侧向半径与预设的最小侧向半径，若存在某个铺放点的实际侧向半径小于允许值，则该参考线型被视为不满足可铺放性要求。

12、进一步地，步骤s300中的调整参考线型包括：

13、s301、在不满足可铺放性要求的参考线型上找到侧向半径最小的点作为新的起始点；

14、s302、应用最小侧向半径限制的线型规划算法从新的起始点开始规划临时线型；

15、s303、判断新规划的临时线型与原参考线型是否存在交叉，若存在，则更新起始点并重复规划直至无交叉发生；

16、s304、当得到的新线型满足预设的侧向半径要求后，将其存储为下一次规划的基础。

17、进一步地，步骤s400中的覆盖整个贴膜面涉及判断当前所有线型是否已经完全覆盖了贴膜面，如果没有，则返回步骤s100继续进行参考线型的获取和后续处理，直至实现全覆盖。

18、进一步地，其中的贴膜面为复合材料构件铺放过程中纤维材料铺贴使用的表面。

19、进一步地，所述的预设的最小侧向半径是由工艺人员参考材料提供商提供的或者实验确定的纤维特性值指定。

20、(三)有益效果

21、与现有技术相比，本发明提供的一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法，通过在复合材料自动铺放过程中考虑贴膜面曲率变化对线型侧向半径的影响，解决传统的等距覆盖方法未考虑实际贴膜面曲率变化导致纤维丝束侧向半径不满足要求的问题。该方法创新性地提出了基于线型可铺放性结果的铺放起始点迭代策略，保证了纤维丝束在铺放过程中满足最小侧向半径的限制，从而避免了丝束褶皱、撕裂等不可铺放现象。

22、该方法具体包括参考线型获取、可铺放性分析、参考线型调整、贴膜面线型全覆盖判断等步骤。通过对参考线型上关键点的侧向半径计算和分析，对不满足可铺放性要求的线型进行调整，最终实现整个贴膜面的铺放线型密化。与现有技术相比，该方法能够填补了现有铺放工艺的空白，显著提高铺放质量和效率，具有可观的经济效益和社会效益。

技术特征：

1.一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法，其特征在于，步骤s100中的贴膜面几何包括贴膜面的形状参数、尺寸参数，工艺设计的铺放参数包括丝束宽度、丝束铺放条数、铺放间隙。

3.根据权利要求1所述的一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法，其特征在于，参考线型是通过延伸现有的线型到给定贴膜面边界获取。

4.根据权利要求1所述的一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法，其特征在于，步骤s200中的可铺放性分析是通过比较参考线型上所有铺放点的实际侧向半径与预设的最小侧向半径，若存在某个铺放点的实际侧向半径小于允许值，则该参考线型被视为不满足可铺放性要求。

5.根据权利要求1所述的一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法，其特征在于，步骤s300中的调整参考线型包括：

6.根据权利要求1所述的一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法，其特征在于，步骤s400中的覆盖整个贴膜面涉及判断当前所有线型是否已经完全覆盖了贴膜面，如果没有，则返回步骤s100继续进行参考线型的获取和后续处理，直至实现全覆盖。

7.根据权利要求1所述的一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法，其特征在于，其中的贴膜面为复合材料构件铺放过程中纤维材料铺贴使用的表面。

8.根据权利要求1所述的一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法，其特征在于，所述的预设的最小侧向半径是由工艺人员参考材料提供商提供的或者实验确定的纤维特性值指定。

技术总结
本发明属于先进树脂基复合材料制备中的自动化优化领域，具体涉及一种最小侧向半径约束的复杂型面铺放线型密化方法。包括：根据给定贴膜面几何、工艺设计的铺放参数及已规划的线型数据，执行等距离铺放规划以得到参考线型；对参考线型上的各关键点进行侧向半径计算，以分析各点侧向半径是否达到了预设要求，确认线型是否满足可铺放性要求；对不满足可铺放性要求的参考线型，在限定范围内按照既定规则选择新起始点，并迭代地重新规划直至线型满足可铺放性要求；重复上述步骤，直至覆盖整个贴膜面。本发明考虑线型实际侧向半径,结合贴膜面几何变化，对基准路径进行适应性调整。基于调整后的基准路径进行丝束铺放线型规划，可提高复合材料构件制造质量，提高纤维铺放自动化水平。

技术研发人员：周鹏,张铭雨,王明阳,范长好
受保护的技术使用者：中国航空制造技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22