[发明专利]用于设计具有弯曲表面的复合材料部件的方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于设计具有弯曲表面的复合材料部件的方法，并且更具 体地，用于设计要将增强元件如横向构架和纵向纵梁连接于其上的具有弯 曲表面的复合材料部件如管状部件的方法。

发明背景

在若干工程领域中存在增加由复合材料制成的部件的数量的强烈趋 势。例如，在航空领域中，机翼蒙皮、被覆面板(coating panel)和机身部分 是可以使用复合材料制造的部件。

这些部件通常是用具有以不同取向排列的碳纤维的复合材料织物 (fabric)的层压体制成的。

这些部件通过复杂的方法设计，所述方法包含计算步骤、用于设计织 物模型和用于分析其可生产性的步骤，以及当将修改引入这些步骤中的任 一个时的反馈回路。

作为计算领域专家的工程师使用计算程序来计算部件在给定负荷下的 性能，而设计工程师使用CAD系统由计算的结果所提供的层压体规格来 产生织物模型，即限定形成层压体的织物的位置和轮廓。

即使具有CAD系统功能，在CAD系统中产生上述织物模型的方法也 是冗长的方法，其涉及大量的重复性人工劳动，具有随后失败的风险，特 别是在弯曲部件的情况下，因为限定织物的轮廓要确保符合特定要求是非 常复杂和费力的。

尽管根据使用的CAD系统可以或多或少地简化方法，但是当设计者 面对其几何计算缓慢的复杂支持表面(support surface)时，产生部件的织物 模型的时间可能过长。设计者可能失去他的或她的专心，从而由于CAD 系统在几何运行计算中产生的停工期而造成更多的错误。这添加了以下事 实，即在某些情况下如在管状表面中，织物模型可能如此复杂，以致于在 数小时的工作之后，归因于由三维空间中几何交叉所导致的混乱而没有已 完成工作的清晰图像。

本发明意在解决此问题。

发明内容

本发明的一个目的是减少目前用于设计具有弯曲表面的复合材料部件 的织物模型的时间。

前述和其它目的通过提供一种在设计具有弯曲表面的复合材料部件的 过程中执行设计织物模型的阶段的方法来实现，其中多个在明显垂直于所 述弯曲表面的平面中取向的增强部件被连接到所述具有弯曲表面的复合 材料部件上，所述方法通过以下步骤进行：

-弯曲部件的表面在2D中展开，产生平面表面，并且在2D中的几何 基准(reference)与3D中的弯曲表面的基准相同。

-将在2D中展开的表面与3D中的弯曲表面以及它们的几何基准结 合，使得在它们中的一个的任何行为都反映在另一个中。

-在2D展开的表面中，初始计算织物模型。

-在2D展开的表面中或在3D的弯曲表面中，进行织物模型的任意后 续修改。

本发明的另一个目的是提供能够与CAD系统一起使用以实现上述模 型的计算机工具。

该目的通过在其功能中允许进行以下行为的工具来实现：

-将在用于设计织物模型的CAD系统中使用的相同的几何元件在2D 中展开。

-通过与2D域(domain)和3D域的组合表面将2D和3D环境结合。

-利用由在任一所述域中的工作所产生的信息来更新CAD系统。

本发明的其它特征和优点将从以下与附图一起示出其目的的实施方案 的详细描述中变得明显。

附图说明

图1显示示出用于设计复合材料部件的方法的框图。

图2显示示出在现有技术中用于产生织物模型的方法的框图。

图3显示示出根据本发明的用于产生织物模型的方法的框图。

图4显示管状弯曲表面与结构实体的组件的相交(intersection)。

图5显示根据本发明的用于产生织物模型的方法的步骤，其中产生3D 基准。

图6显示根据本发明的用于产生织物模型的方法的步骤，其中将弯曲 的支持表面在2D中展开，产生2D环境的元件中的一个。

图7显示使用根据本发明的用于产生织物模型的方法使3D基准在2D 中的展开。

图8显示根据本发明2D和3D基准之间的结合。

图9显示在本发明中使用的2D和3D环境之间的转换实体。

图10显示根据本发明得到在2D中的几何基准。