中等曲率不可展曲面自动铺带轨迹规划理论与方法的研究

以中等曲率(曲率半径在1m和10m之间)不可展曲面铺带成型技术作为研究重点，为航空航天及民用高性能复合材料复杂构件铺带设计、制造技术提供理论基础。利用面向对象的系统分析方法对复杂构件的表面信息和预浸带微观力学变形特性进行分析，经实验、数值计算、归纳总结建立面向对象的预浸带微观力学变形数据模型；提炼、综合复杂构件铺带成型的共性问题，构筑复杂构件铺带成型运动数学模型；并结合铺带成型的具体特点，提出面向中等曲率不可展曲面的铺带轨迹规划理论，建立一套适用于航空航天复杂构件铺带成型的轨迹规划软件模块。

针对航空航天及民用对高性能复合材料复杂构件制造技术，本课题以中等曲率(曲率半径在1m和10m之间)不可展复杂曲面铺带成型技术作为研究重点，从铺带工艺技术、预浸带张力应变测试、复杂曲面信息提取及整合技术、软件设计制造技术以及实验验证等方面展开研究工作，取得了下列六项主要技术成果。（1）确定了环氧和双马预浸料自动铺带工艺参数，包括铺放温度、铺放压力、铺放速度，并得出一般性规律：不同材料体系对应的工艺参数不一样、同一参数不能对所有的预浸带通用，但同一材料体系的工艺参数不会相差太大，稍作调整就可应用于生产；同一预浸料，高速铺放时采用的压力大些，加热温度高些，有利于最终的铺放质量；反之压力小些温度低些，更有利于保证铺放质量。（2）进行预浸带截面拉力实验，得出：对于同一种树脂体系预浸带，150mm带宽的预浸带在不同截面张力下预浸带带宽变化要比75mm带宽的预浸带要大；在同样带宽的情况下，环氧树脂预浸带相比双马树脂预浸带变形量较大。（3）首次提出用STL文件网格化不可展曲面进行轨迹规划的方法，并通过位置信息重建STL文件拓扑信息。（4）讨论不可展曲面轨迹设计要求，将固定角度算法、测地线算法引入网格曲面，分析预浸带在铺放过程中的变形，并提出自适应铺放轨迹规划方法以满足预浸带有限的变形。（5）研究轨迹规划共性问题，解决网格曲面轨迹规划的奇异点问题，并提出网格曲面上的不可展曲面更新算法。（6）开发中等曲率不可展复杂曲面铺带软件模块开发，实现带宽预测、轨迹规划、后置处理、运动仿真等功能，并进行相关铺带实验。.通过该课题的实施，基本建立了中等曲率复杂构件铺带自动铺带的轨迹规划理论基础和轨迹设计实现方法，为下一步的自动铺丝技术以及相关复杂构件的铺放设计提供参考和依据。