[发明专利]一种三维整体壁板展开建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体为一种三维整体壁板展开建模方法。

背景技术

整体壁板是一种由整块板坯经机械加工制成的整体结构承力件，其各结构要素（如长桁、蒙皮加强垫板等）均是通过对板坯进行机械加工获得的，而非由不同结构要素通过连接工艺得来，由此使机翼整体壁板具有结构效率高、气动外形光滑、生产准备周期短、制造工时少等特点。自20世纪60年代以来，世界各国的大、中型飞机都广泛采用整体壁板作为主要承力构件。

为降低成本，在工业生产中整体壁板一般采用对平面壁板进行塑性成形的工艺方法制造，这其中的一个关键问题是确定与所需的具有空间形状的整体壁板对应的平面整体壁板即平面板坯的形状和尺寸。在采用三维计算机辅助设计（CAD）技术的条件下，就是要根据设计者给出的具有空间形状的三维整体壁板几何模型，确定其对应的平面板坯的几何模型，即对具有空间曲面形状的三维整体壁板几何模型进行展开计算和建模。由于整体壁板是整体结构，如果成形后壁板尺寸有偏差而需对其边缘进行修正，则容易导致结构错位或对结构造成损伤，因此确定精确的平面板坯对于保障整体壁板成形制造的质量和效率具有重要意义。随着现代飞机机翼气动外形的发展，机翼外形曲面越来越复杂，出现了带弯折的局部马鞍形外形曲面、复杂连续变曲率双曲形曲面，并且飞机机翼整体壁板上的结构特征也越来越复杂，这使得在飞机制造领域整体壁板板坯的展开计算和建模也越来越困难。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种三维整体壁板展开建模方法，能够将具有空间曲面形状的三维整体壁板展开为平面整体壁板。

技术方案

本发明的过程分为以下6个步骤：三维整体壁板几何模型分解、特征线和特征点提取、特征线和特征点向整体壁板外形曲面上投影、三维整体壁板外形曲面展开、投影特征线点列和特征点在板坯平面上的位置计算、平面板坯几何结构建模。

本发明的技术方案为：

所述一种三维整体壁板展开建模方法：其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将三维整体壁板几何模型分解为若干个可分离几何体：所述可分离几何体为相对于壁板基准面具有单一厚度或厚度呈线性变化的几何结构，所述壁板基准面为三维整体壁板的功能外形面；

步骤2：确定单个可分离几何体的特征线和特征点：取可分离几何体之间的对接面、可分离几何体上无邻接可分离几何体并且不在功能外形面上的面为界面，则界面的边缘线为特征线，边缘线的交点为特征点；

步骤3：将特征线和特征点按照壁板基准面的法线方向投影到壁板基准面上，在壁板基准面上得到各个可分离几何体的投影特征线和投影特征点；

步骤4：将壁板基准面上的投影特征线离散为投影特征线点列，同一投影特征线点列上相邻两点沿投影特征线的长度不超过该投影特征线长度的10%；

步骤5：将壁板基准面离散为有限元三角形单元网格，单元边长不超过壁板基准面最小曲率半径的10%，得到壁板基准面的空间曲面网格；采用曲面展开方法将壁板基准面的空间曲面网格展开，得到壁板板坯的平面轮廓曲面网格；

步骤6：采用面积坐标法计算投影特征线点列和特征点在壁板板坯的平面轮廓内的坐标：