[发明专利]曲面结构上材料应力状态的确定方法及装置

说明书

本发明公开了一种曲面结构上材料应力状态的确定方法，包括：获取曲面结构的图像参数；根据图像参数确定测地线中心轨迹及测地线中心轨迹中各个路径特征点的坐标，测地线中心轨迹包括多个依次连接的中心轨迹段；在测地线中心轨迹上每条中心轨迹段上选取对应的中间特征点Q_n；根据各个中间特征点分别生成与所在的中心轨迹段的第一折线路径，并确定第一折线路径的第一折线起点A_n和第一折线终点B_n的坐标；根据各个中间特征点Q_n的坐标、各个第一折线起点A_n的坐标及第一折线终点B_n的坐标确定曲面结构的第一许用应变，第一许用应变为测地线中心轨迹中弯折程度最大的点许用应变。本发明的实施能够提高复合材料选材、结构设计、强度计算的合理性和可行性。

技术领域

本发明涉及复合材料结构设计、结构设计、飞行器设计技术领域，特别涉及一种曲面结构上材料应力状态的确定方法及装置。

背景技术

执行器末端的轨迹规划技术是CAD/CAM软件技术的关键技术之一，是实现零件数字化成型的基础，例如在金属材料的机械加工、复合材料的自动铺丝、3D 打印技术中，轨迹规划及其生成对零件设计和成型具有重要的决定性作用。

现有技术在确定曲面结构上材料应力状态的过程中，纤维的变形程度及其表征是将曲面上预浸窄带的拉应变视为“合理的”变形行为、且主要关注纤维屈曲带来的预浸窄带屈皱(或皱褶)；且关于非测地线中心轨迹的研究，仅考察中心轨迹的变形，未考察带有一定带宽的材料边缘的变形程度，而实际上即使中心轨迹为测地线，也仅能保证中心轨迹测地线变形为零，当曲面曲率变化时、特别是在复杂外形的曲面上，对于一定宽度的材料，在距离其长度中性线一定距离w 处，材料可能已经发生较大的变形甚至失效。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种曲面结构上材料应力状态的确定方法，所述方法包括：

获取曲面结构的图像参数；

根据所述图像参数确定测地线中心轨迹及测地线中心轨迹中各个路径特征点P_n的坐标，所述测地线中心轨迹包括多个依次连接的中心轨迹段，相邻的所述中心轨迹段具有相同的路径特征点P_n+1；

在所述测地线中心轨迹上每条中心轨迹段上选取对应的中间特征点Q_n；

根据各个所述中间特征点Q_n分别生成与所在的中心轨迹段的第一折线路径，并确定所述第一折线路径的第一折线起点A_n和第一折线终点B_n的坐标；

根据各个所述中间特征点Q_n的坐标、各个所述第一折线起点A_n的坐标及第一折线终点B_n的坐标确定所述曲面结构的第一许用应变，所述第一许用应变为测地线中心轨迹中弯折程度最大的点许用应变。

进一步地、所述根据所述图像参数确定测地线中心轨迹及测地线中心轨迹中各个路径特征点的坐标，包括：

根据所述图像参数将所述曲面结构拆分成多个相互拼接的三角面片；

在所述曲面结构中根据预设需求选取任意一个边缘的三角面片上作为起始三角面片；

在所述起始三角面片上选取铺放起始点；

根据所述铺放起始点及测地线算法确定所述起始三角面片至相临三角面片的当前中心轨迹段及当前路径特征点，所述当前路径特征点为当前中心轨迹段的终点；

以所述当前路径特征点为铺放起始点，重复执行：根据所述铺放起始点及测地线算法确定所述起始三角面片至相临三角面片的当前中心轨迹段及当前路径特征点，所述当前路径特征点为当前中心轨迹段的终点，直至当前中心轨迹段的终点在所述曲面结构的边界。