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专利号: 2021105402595
申请人: 长沙理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种复合材料丝束缠绕工艺中非测地线缠绕路径设计方法,其特征在于,包括如下步骤:S1.获取待缠绕芯模曲面的参数模型S(u,v)、丝束缠绕的初始点P0的位置、丝束缠绕路径在初始点P0的单位切向量T0、丝束缠绕的滑移系数λ、计算步长h;

S2.构造F算子,用于输入丝束缠绕路径上任意P点的坐标、及单位切向量T后输出丝束缠绕路径在该P点的延伸方向L以及单位切向量T在该P点相对弧长的变化率S3.将初始点P0的位置、单位切向量T0输入至F算子获取初始点P0附近的第一试探点第二试探点 第三试探点 的位置、束缠绕路径在该三点处的延伸方向 以及丝束缠绕路径在该三点处单位切向量相对弧长的变化率 及S4.对初始点P0、第一试探点 第二试探点 第三试探点 进行加权平均得到P0在丝束缠绕路径上的临近点P1以及缠绕路径在此点处的单位切向量T1;

S5.重复步骤S3和步骤S4得到丝束缠绕路径上的后续离散点P2、P3以及缠绕路径在两点处的单位切向量T2、T3;

S6.获取后续离散点P4、P5、P6、P7…Pn的位置;

S7.对离散点P0、P1、P2…Pn进行拟合,得到丝束缠绕路径,其中n指的是离散点的数量。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料丝束缠绕工艺中非测地线缠绕路径设计方法,其特征在于,所述F算子包括:S201.接收丝束缠绕路径上任意P点的坐标、及单位切向量T;

S202.将该P点的单位切向量T逆映射至芯模曲面的参数空间,得到丝束缠绕路径在P处的延伸方向L, 其中Su(P)与Sv(P)分别表示芯模参数模型在P点沿u方向以及v方向的偏导数;

S203.利用一阶线性逼近得到P处临近试探点P'的位置:P'=P+hL;

S204.计算芯模曲面在P点的单位法向量N, 计算芯模曲面在P'点的单位法向量N',

S205.近似计算芯模曲面在P点沿L方向的法曲率kn,S206.计算丝束缠绕路径在P处的测地曲率kg,kg=λkn;

S207.计算单位切向量T在P点相对弧长的变化率

3.根据权利要求1所述的一种复合材料丝束缠绕工艺中非测地线缠绕路径设计方法,其特征在于,所述步骤S3包括:S301.利用F算子获取丝束缠绕路径在初始点P0的延伸方向L0、单位切向量T0在初始点P0的相对弧长的变化率 利用一阶线性逼近得到第一试探点 的位置及丝束缠绕路径在点的单位切向量S302.利用F算子获取丝束缠绕路径在第一试探点 的延伸方向 单位切向量 在第一试探点 的相对弧长的变化率 然后利用一阶线性逼近得到第二试探点 的位置及丝束缠绕路径在 点的单位切向量S303.利用F算子获取丝束缠绕路径在第二试探点 的延伸方向 单位切向量 在第二试探点 的相对弧长的变化率 利用一阶线性逼近得到第三试探点 的位置及丝束缠绕路径在 点的单位切向量S304.利用F算子获取丝束缠绕路径在第三试探点 的延伸方向 单位切向量 在第三试探点 的相对弧长的变化率

4.根据权利要求3所述的一种复合材料丝束缠绕工艺中非测地线缠绕路径设计方法,其特征在于,所述步骤S4包括:S401.利用多点加权平均,得到临近P1的位置:S402.计算T1的初始近似值

S403.对T1'进行单位化,得到

5.根据权利要求4所述的一种复合材料丝束缠绕工艺中非测地线缠绕路径设计方法,其特征在于,所述步骤S6包括S601.利用显式线性多步法获得后续离散点P4的初始位置 以及丝束缠绕路径在 处的单位切向量S602.利用隐式线性多步法对离散点P4进行矫正,得到P4的精确位置以及丝束缠绕路径在P4处的单位切向量T4;

S603.重复步骤S601和S602得到后续离散点P5、P6、P7…Pn。

6.根据权利要求5所述的一种复合材料丝束缠绕工艺中非测地线缠绕路径设计方法,其特征在于,所述步骤S601包括:S6011.利用显式线性多步法得到

S6012.利用显式线性多步法得到

7.根据权利要求6所述的一种复合材料丝束缠绕工艺中非测地线缠绕路径设计方法,其特征在于,所述步骤S602包括:S6021.利用F算子获取丝束缠绕路径在初始位置 的延伸方向 单位切向量 在初始位置 的相对弧长的变化率S6022.利用隐式线性多步法得到后续离散点P4的位置,S6023.计算T4的初始近似值

S6024.对T4'进行单位化,得到

S6025.利用F算子获取丝束缠绕路径在离散点P4的延伸方向L4、单位切向量T4在第三离散点P4的相对弧长的变化率

8.根据权利要求1所述的一种复合材料丝束缠绕工艺中非测地线缠绕路径设计方法,其特征在于,所述步骤S7包括:S701.计算相邻离散点Pj‑1与Pj在三维空间中的弦长距离Sj‑1,其中有1≤j≤n;

S702.构造n+1阶三对角矩阵A,其中三对角矩阵A的元素为:其中,

S703.构造n+1维列向量C,其中列向量C中的元素为:其中Ln为丝束缠绕路径在Pn

处的延伸方向;

S704.反求三次B样条曲线的控制点Q0、Q1、、、Qn‑1、Qn,其中,S704.生成丝束缠绕路径为: 其中 为三次B样条曲线的基函数。