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纤维铺放运动轨迹规划及仿真系统研究

作 者: 尹洪玉
导 师: 富宏亚
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 机械制造及其自动化
关键词: 复合材料 纤维铺放 铺放头 计算机仿真
分类号: TB33
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
下 载: 201次
引 用: 3次
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内容摘要


纤维铺放技术是一种新型的复合材料自动化制造技术,它是通过铺放头压辊传递一定的正压力将纤维铺设在旋转芯模表面上形成复合材料壳体结构。纤维铺放技术特别适合于复杂曲面复合材料零件的加工。复合材料制品具有高比强度、高比模量、耐疲劳、减振性好、工艺性好以及独特的材料可设计性等优点,采用复合材料结构可以减轻设备重量,提高工作性能。目前,纤维铺放技术在发达国家已广泛应用于航天航空领域,而国内对于该项技术的研究还处于起步阶段。纤维铺放机的各个运动轴都是在数控系统控制下协同运动的,这样数控系统可以控制铺放机的铺放头到达空间的任意位置进行铺放。本文以S形飞机进气管道为对象进行铺放设计研究。首先,建立纤维铺放机各运动轴的坐标系,确定各运动轴之间的姿态变换矩阵,对铺放机各运动部件进行运动学理论分析。得出了一套适用于本文所研究的铺放机结构的运动学逆解算法,利用此算法可以得到铺放机各运动轴的运动控制参数。其次,利用网格化原理对S形飞机进气道芯模进行网格化分析,同时进行铺放层及铺放线型设计,并研究了被铺放表面的法向量方向以及铺放表面的运动轨迹方向问题。在得到飞机进气管道的铺放路径的同时,对铺放线型进行了后置处理,得到铺放机运动轴的控制信息。最后,在考虑芯模主轴旋转的情况下,对本文研究铺放机系统进行仿真程序设计,并对各运动轴的运动进行了初步的优化设计。同时借助于Visual C++和OpenGL的仿真程序利用两条已设计好的铺放轨迹,来验证铺放机的运动学逆解运算公式的可行性和正确性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 课题背景  9-13
    1.1.1 复合材料简介  9-11
    1.1.2 纤维铺放技术的特点  11-12
    1.1.3 纤维铺放技术的应用  12-13
  1.2 国内外纤维铺放技术发展现状  13-15
    1.2.1 国外纤维铺放技术的发展  13-14
    1.2.2 国内纤维铺放技术的发展  14-15
  1.3 课题研究的目的和意义  15
  1.4 课题来源及主要研究内容  15-17
第2章 纤维铺放机机械手运动学分析  17-33
  2.1 引言  17
  2.2 理论基础  17-20
    2.2.1 齐次坐标变换  17-19
    2.2.2 变换方程  19-20
  2.3 纤维铺放机的机械系统组成  20-21
  2.4 铺放机机械手的位姿分析  21-32
    2.4.1 铺放机各运动轴的对应连杆坐标系的建立  22-24
    2.4.2 机械手相邻两杆之间的齐次变换矩阵  24-26
    2.4.3 主轴坐标系的建立  26
    2.4.4 机械手运动学方程的正解  26-28
    2.4.5 机械手运动学方程的逆解  28-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章 纤维铺放运动的轨迹规划  33-42
  3.1 纤维铺放路径的规划  33-34
  3.2 纤维铺放线型分析  34-39
    3.2.1 网格化基本原理  34
    3.2.2 S形进气道铺放轨迹网格化  34-36
    3.2.3 铺放层设计  36-37
    3.2.4 处理模型网格数据  37-38
    3.2.5 轨迹点法向量的确定  38
    3.2.6 铺放线型设计原理  38-39
  3.3 轨迹方向分析  39-41
    3.3.1 分析初步  39-40
    3.3.2 铺放运动加工方法研究  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章 纤维铺放运动的仿真系统研究  42-53
  4.1 开发环境软件介绍  42-43
    4.1.1 OpenGL简介  42
    4.1.2 Visual C++6.0 简介  42-43
  4.2 计算机仿真设计  43-45
  4.3 仿真程序结果  45-48
  4.4 铺放轨迹数据仿真  48-52
    4.4.1 正弦曲线轨迹仿真  48-50
    4.4.2 飞机进气道模型轨迹仿真  50-52
  4.5 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-58
致谢  58

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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