专利名称：：三通管的缠绕成型方法
技术领域：
：本发明涉及一种三通管结构的纤维缠绕分布成型的方法。技术背景随着复合材料的广泛应用，军用、民用工业对各种复合材料缠绕构件的需求量也越来越大，对其技术含量的要求也越来越高，一些异型件，如三通管的缠绕成型逐渐成为亟待解决的问题。三通管是管道的一种，它的特点在于三通管能够解决管道的过渡、连通等问题，三通管缠绕构件在很多领域相比金属三通都有其独特的优势，比如质量轻、耐腐蚀、无污染、规模生产成本低、更长的寿命等。民用方面一般用于地下水、生活垃圾、石油等液体的输送，也可以用于天然气以及一些其他气体的输送。军用方面缠绕三通还有质量轻的特点，那么它用于航空航天飞行器用液体燃料或气体燃料的输送，对于减轻飞行器的质量有重要的意义。对于三通管缠绕成型以及其布满的研究在我国最近几年才开始进行，有的研究人员成功地实现了三通管缠绕过程中主支管的缠绕以及它们之间的非测地线过渡，但是三通管的过渡部分没有实现布满缠绕；还有研究人员对三通管的造型和缠绕机械作了一些研究，为三通管的缠绕芯模设计提供了一个思路，但是对于三通管的缠绕轨迹却未涉及。由于三通管是非对称异型结构，.利用传统缠绕方法无法实现三通管的缠绕和布满。
发明内容本发明解决了现有三通管因为其过渡部分无法用方程进行表达，传统的借助芯模方程进行线型设计的缠绕方法无法实现三通管的布满缠绕成型问题，而提出的一种三通管的缠绕成型方法。本发明步骤如下步骤一建模首先通过所要设计的三通管的主管、支管长度以及过渡半径的参数进行建立芯模；步骤二网格化对芯模表面进行网格化；步骤三数据管理通过SQLSever数据库来管理网格化的三通管表面节点数据；步骤四査找落纱点依据面片缠绕理论编辑缠绕软件，通过软件选取使纤维稳定缠绕的一系列网格节点为落纱点；步骤五稳定线型判断通过落纱点来设计稳定的缠绕轨迹线型；能设计出稳定的缠绕线型，进入步骤六；不能设计出稳定的缠绕线型，返回步骤四，重新查找落纱点；步骤六网格后置处理通过缠绕线型，选取落纱点轨迹约束方程，进行缠绕速度平滑处理；步骤七判断线型合理性以三维动画的形式模拟缠绕过程，检验缠绕线型的合理性；不合理，进入步骤八；合理，进入步骤九；步骤八判断是否是轨迹问题在纤维缠绕轨迹上有明显的异常点或轨迹上出现尖角的情况，是轨迹问题，返回步骤四；不是轨迹问题，返回步骤六；步骤九生成缠绕代码按照缠绕线型，生成缠绕的数控代码；步骤十缠绕成型是否成功将缠绕的数控代码输入到数控缠绕机中，进行缠绕成型，在进行缠绕过程中发生干扰或其他原因导致缠绕不成功，返回步骤六；缠绕成功，完成缠绕成型。本发明采用针对网格化芯模表面稠密的网格节点来寻找落纱点的面片缠绕方法，可以成功解决三通管的布满问题。该发明对于我国在复合材料应用、加工等方面拓展了更广阔的空间，三通管复合材料缠绕构件可在民用军用领域得以广泛应用，比如地下管道的铺设、航空航天用高强度轻质管线的安装等；三通管的成功缠绕将使高性能复合材料在各个领域得以广泛应用。图1是本发明方法的流程图；图2是三通管的过渡区域分为A、B和C三个区域分布示意图；图3是A区的缠绕轨迹线型示意图；图4是B区的缠绕轨迹线型示意图；图5是C区的缠绕轨迹线型示意图；图6是A区的实际缠绕结构示意图；图7是A区和B区的实际缠绕结构示意图；图8是A区、B区和C区的实际缠绕完成的结构示意图；'图9是完成缠绕成型的三通管的结构示意图。具体实施方式具体实施方式一结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤如下步骤一建模首先通过所要设计的三通管的主管、支管长度以及过渡半径的参数进行建立芯模；步骤二网格化对芯模表面进行网格化；步骤三数据管理通过SQLSever数据库来管理网格化的三通管表面节点数据；步骤四查找落纱点依据面片缠绕理论编辑缠绕软件，通过软件选取使纤维稳定缠绕的一系列网格节点为落纱点；步骤五稳定线型判断通过落纱点来设计稳定的缠绕轨迹线型；能设计出稳定的缠绕线型，进入步骤六；不能设计出稳定的缠绕线型，返回步骤四，重新查找落纱点；步骤六网格后置处理通过缠绕线型，选取落纱点轨迹约束方程，进行缠绕速度平滑处理；步骤七判断线型合理性以三维动画的形式模拟缠绕过程，检验缠绕线型的合理性；不合理，进入步骤八；合理，进入步骤九；步骤八判断是否是轨迹问题在纤维缠绕轨迹上有明显的异常点或轨迹上出现尖角的情况，是轨迹问题，返回步骤四；不是轨迹问题，返回步骤六；步骤九生成缠绕代码按照缠绕线型，生成缠绕的数控代码；步骤十缠绕成型是否成功将缠绕的数控代码输入到数控缠绕机中，进行缠绕成型，在进行缠绕过程中发生干扰或其他原因导致缠绕不成功，返回步骤六；缠绕成功，完成缠绕成型。具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤二中的网格化采用ANSYS有限元网格化法对UG进行二次开发实现网格化。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。具体实施方式三结合图2、图6、图7、图8和图9说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤五的设计稳定的缠绕轨迹线型，是通过将三通管的过渡区域分为A、B和C三个区域，来分别设计线型；A区为主管与支管交接处的平面部分和架空的线性覆盖的部分；B区为除A区之外的主管与支管直接过渡部分，B区的线型除了填补直接过渡区域的空白外，还能够有效的消除A区的架空；C区在主管上，为主管和支管连接的过渡区的相对部分，分别设计三个区域的线型，从而实现整个过渡区域的布满和稳定。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。具体实施方式四结合图2图9说明本实施方式，本实施方式中三通管主管长430mm，支管长220mm，主管和支管半径均为54mm，主支管过渡部分半径10mm;选择10mm为缠绕带宽。A区的缠绕轨迹线型的确定，芯模主管和支管半径均为54mm，为了使过渡段的纤维覆盖层能够充分的与支管部分连接，选左右各7条纤维线形来完成该部分的布满缠绕，最上面的线形超过主管上沿10mm，下沿有6mm处在中心轴以下，左面第l、第2线形走向如图3所示，其余5个线形与之平行一次往下排列，右面7条线形与左面线形关于图中中间线对称，从而完成对A区的布满设计，其缠绕布满的难点在于支管过渡缠绕和支管根部的缠绕。在图3中，只显示了A取得前半部分，其后半部分的线形分布与前半部分对称，那么前后线形的过渡可以通过图3方式实现。A区缠绕线形需要在支管上过渡，而芯模的主管装夹在主轴上，因此在线形在支管上过渡的过程中，机床主轴会有反转情况，由于过渡纤维大部分在支管端部缠绕，在缠绕时支管正反摆幅较大，容易发生碰撞和纤维松动的情况，因此可以考虑在缠绕支管时，使支管水平静止不动，由出纱嘴绕支管的周向旋转缠绕来完成线型在支管上的缠绕过渡，如图2所示。当纤维缠绕到支管时，支管始终保持水平位置，由坐标X、Y和Z来协调运动控制出纱嘴绕支管回转缠绕，由出纱坐标A来控制悬纱向量和实现纤维展纱。A区的7个10mm宽的纤维中最上面那条纤维在支管轴线位置是处于支管上的，那么为了很好的布满，支管根部的纤维一定要靠近主管上沿不能够超过10mm，否则就不能够实现布满。由于机床出纱嘴长度为150mm短于支管长，在支管保持静止的情况下无法实现对支管根部的缠绕，因此在这种情况下就必须借助支管的正反回转来完成支管根部的缠绕，如图2所示。B区的缠绕轨迹线型的确定，芯模在B区的弧长为15.7mm(半径为10mm)，B区的布满线形左右各四个线形，两条是在B区直接进行过渡，两条是在主管上过渡。线形间的间隔不超过10mm，并且主管上过渡的线形能够实现与主管自身线形的搭接，从而实现布满。B区采用48度的缠绕角，大于A区线形的42度缠绕角，否则就会出现滑线现象，不能够保证B区的布满。在B区过渡的两个线形就可以将B区的半径最小处布满，另外两个线形往主管上延伸以连接过渡部分与主管。悬纱长度为200mm，而支管的长度为220mm，若不采取措施在缠绕主管根部时支管会与出纱嘴发生运动干涉，这里可以采取将悬纱长度调整到250mm，缠绕完主管根部再将悬纱长度调至200mm，可以有效避免碰撞又不影响线型。三通管的B区缠绕效果见图4。C区的缠绕轨迹线型的确定，C区的布满主要考虑左右线形的拼接以及机床的运动轨迹与支管不发生干涉。沿着B区最下面的线形依次排布，纤维轨迹排布的关键落纱点坐标见表1，由于C区需要排布的弧长为四分之一个圆周长，即84.823mm，当K等于86mm时说明已经可以完成C区的布满，K为在主管中间的竖直平面内，从主管外侧中心线算起，到C区线形的关键点的距离。表1C区关键点<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2C区第一线形的相撞落纱点<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>从表l中可以看出，左右各需要排布6个线形才可以将芯模C区布满。从表2以及C区采用的缠绕角48度，计算出采用200mm悬纱长度，纤维的出纱点回落在支管内部，即在纤维轨迹返回时机床出纱嘴会与支管相撞，该问题将悬纱长度进行调整60mm即可解决，C区缠绕效果图见图5。权利要求1、三通管的缠绕成型方法，其特征在于它的步骤如下步骤一建模首先通过所要设计的三通管的主管、支管长度以及过渡半径的参数进行建立芯模；步骤二网格化对芯模表面进行网格化；步骤三数据管理通过SQLSever数据库来管理网格化的三通管表面节点数据；步骤四查找落纱点依据面片缠绕理论编辑缠绕软件，通过软件选取使纤维稳定缠绕的一系列网格节点为落纱点；步骤五稳定线型判断通过落纱点来设计稳定的缠绕轨迹线型；能设计出稳定的缠绕线型，进入步骤六；不能设计出稳定的缠绕线型，返回步骤四，重新查找落纱点；步骤六网格后置处理通过缠绕线型，选取落纱点轨迹约束方程，进行缠绕速度平滑处理；步骤七判断线型合理性以三维动画的形式模拟缠绕过程，检验缠绕线型的合理性；不合理，进入步骤八；合理，进入步骤九；步骤八判断是否是轨迹问题在纤维缠绕轨迹上有明显的异常点或轨迹上出现尖角的情况，是轨迹问题，返回步骤四；不是轨迹问题，返回步骤六；步骤九生成缠绕代码按照缠绕线型，生成缠绕的数控代码；步骤十缠绕成型是否成功将缠绕的数控代码输入到数控缠绕机中，进行缠绕成型，在进行缠绕过程中发生干扰或其他原因导致缠绕不成功，返回步骤六；缠绕成功，完成缠绕成型。2、根据权利要求1所述的三通管的缠绕成型方法，其特征在于步骤二中的网格化采用ANSYS有限元网格化法对UG进行二次开发实现网格化。3、根据权利要求1所述的三通管的缠绕成型方法，其特征在于步骤五的设计稳定的缠绕轨迹线型，是通过将三通管的过渡区域分为A、B和C三个区域，来分别设计线型；A区为主管与支管交接处的平面部分和架空的线性覆盖的部分；B区为除A区之外的主管与支管直接过渡部分；C区在主管上，.为主管和支管连接的过渡区的相对部分，分别设计三个区域的线型。全文摘要三通管的缠绕成型方法，它涉及一种三通管结构的纤维缠绕分布成型的方法。本发明解决了现有三通管因为其过渡部分无法用方程进行表达，传统的借助芯模方程进行线型设计的缠绕方法无法实现三通管的布满缠绕成型问题。它步骤如下1.建模；2.表面进行网格化；3.SQLSever数据库来管理网格节点数据；4.依据面片缠绕理论编辑缠绕软件；5.稳定判断通过面片缠绕理论选取网格节点，来确定缠绕轨迹线型；能进入六；不能返回四；6.网格后置处理；7.仿真合理性判断不合理，进入八；合理，进入九；8.判断是否是轨迹问题是返回四；否返回六；9.生成缠绕代码；10.缠绕成型是否成功不成功返回六；成功完成缠绕成型。本方法完整的布满三通管。文档编号F16L9/19GK101149121SQ20071014459公开日2008年3月26日申请日期2007年11月14日优先权日2007年11月14日发明者富宏亚,王显峰,韩振宇申请人:哈尔滨工业大学