[发明专利]一种大角度蒙皮翻边复材壳体轨迹设计及后处理方法

说明书

本发明提出了一种大角度蒙皮翻边复材壳体轨迹设计及后处理方法，首先、根据蒙皮区域轨迹规划，获得预浸丝束的中心铺放轨迹；然后、进行翻边区域轨迹规划：首先设置蒙皮区域丝束满覆盖的丝束重叠率，并求取各预浸料丝束与翻边区域边界的相交点；分别以蒙皮丝束与铺放边界相交点做为翻边区域轨迹起始点，求得与翻边区域下边界交点，获得翻边区域轨迹线；最后翻边区域丝束覆盖性分析和丝束裁剪蒙皮轨迹延伸预留各辊丝束的精确计算后的翻边丝束长度。解决了成型时易产生蒙皮‑翻边连续性不好、翻边区域易产生褶皱和搭接缺陷的问题。

技术领域

本发明属于先进复合材料的自动铺丝成型技术领域，特别是一种大角度蒙皮翻边复材壳体轨迹设计及后处理方法。

背景技术

碳纤维复合材料由于其轻质高强的特点，已经成为航空航天器主要结构材料，其应用部位和数量逐年增加，更是在飞行器舱段领域得到了更广泛的应用。其中带翻边特征的复杂异形曲面、锥、圆筒等回转体结构是经常使用的结构形式。复杂异形曲面、圆柱状、圆锥状壳体整体为蒙皮翻边结构，蒙皮沿径向向内翻边作为壳体的上下端框。

目前该类复材构件的蒙皮+翻边端框传统成型方法是采用宽幅预浸料手工铺贴，对于复杂异形曲面、锥壳体等通常需要预浸料分块铺放成型，使得内部铺层中很难成型带有规律角度的铺层，纤维连续性不好；而蒙皮翻边具有曲率变化大、不可展特征，由蒙皮延伸出来的宽幅预浸料手工下翻时易产生褶皱、搭接缺陷的问题。

自动铺丝技术优点在于可以根据构件形体曲面形状变化随时切断丝束和输送丝束，可以変角度铺放，适合成型尺寸较大、外形复杂的复合材料构件精密自动化成型制造。蒙皮采用预浸窄丝束铺放纤维连续性好，角度偏差小；同时蒙皮延伸出来的预浸窄带更易低缺陷翻边成型。

专利号CN 205272411 U的专利《用于内翻边锥段回转体构件的对模成型模具》提出组合式成型模具，设计挂纱台肩，实现手工铺放与螺旋缠绕同时进行，解决了锥段回转体构件带角度连续纤维铺放的问题，但是该缠绕工艺对于结构适应性较小，蒙皮与翻边部分难以整体连续成型；

专利号CN 108859177 A的专利《折边区域的自动铺丝轨迹后处理方法》提出折边区域中心轨迹铺放延伸出第一表面一定距离后沿预设的折边轨迹运动至第二表面的后处理方法，解决了压辊遇到折边时翘起而导致预浸窄带无法压实的问题；但翻边涉及曲率变化大、不可展等特征，曲面曲率变化和丝束铺放方向导致同辊轨迹翻边面各丝束测地取向不同，直接沿铺放中心轨迹下翻一方面导致实际铺放丝束扭折和R角褶皱程度大；另一方面存在铺缠头与主轴尾座等干涉问题。

专利号CN 103978698 A的专利《一种带端框的复合材料锥形壳体成型方法》提出铺放过程中自动铺放和干法缠绕相结合的方法实现复合材料锥形壳体全铺层角度和端框的自动化成型，但该成型方法受制于铺丝设备机构最小送纱长度，当端框高度小于该参数时，铺丝头在进入端框与芯模拐角处之前执行切纱动作，因此无法利用铺丝头张力对复合材料预浸丝进行缠绕成型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大角度蒙皮翻边复材壳体轨迹设计及后处理方法，以解决现有大角度蒙皮翻边复材结构件特别涉及复杂异形曲面成型时易产生蒙皮-翻边连续性不好、翻边区域易产生褶皱和搭接缺陷的问题，最终提高结构件蒙皮与翻边端框强度。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种大角度蒙皮翻边复材壳体轨迹设计方法，包括以下步骤：

步骤1、根据蒙皮区域轨迹规划，获得预浸丝束的中心铺放轨迹；

步骤2、进行翻边区域轨迹规划：首先设置蒙皮区域丝束满覆盖的丝束重叠率，并求取各预浸料丝束与翻边区域边界的相交点；分别以蒙皮丝束与铺放边界相交点做为翻边区域轨迹起始点，将翻边面轨迹规划转化为过点的曲面的切平面与翻边面两个面片上的自然路径求解问题，求得与翻边区域下边界交点，获得翻边区域轨迹线；