热塑性复合材料机器人铺放系统设计及工艺优化研究

针对热塑性复合材料的铺放功能及其实际需求,以机器人为载体,开展了热塑性复合材料铺放设备关键技术及工艺优化研究。根据机器人铺放头特点,提出了铺放头总体设计方案,设计了加热、剪断、重送、夹紧、张力调控等功能模块,开发出了电气控制、PID张力控制、温度控制等控制单元,实现热塑性复合材料机器人铺放设备的搭建。采用GF/PP热塑性预浸料,开展工艺对比试验及检测试验,并探究了显微结构对力学性能的影响,结果表明：铺放工艺制备的试样中层与层间有明显区分,且结晶度较低,是造成其力学性能不及真空袋辅助成型的主要原因。采用响应面法优化了铺放工艺参数并进行试验验证,优化后铺放工艺成型构件的缺陷较少,其力学性能与真空袋辅助成型制备的构件相当,从而验证了热塑性复合材料机器人铺放设备的可行性及有效性。     

孔群加工路径优化方法的研究

孔群加工路径规划对于提高多孔类零件的加工效率和质量具有重要意义。通过对多点位加工优化和工序优化方法的研究，针对孔群在尺寸、形状、分布位置等特点上的不同，合理地选择加工路径规划方法。通过实例验诅：此优化方法在孔群加工中明显提高了数控加工的效率、降低了加工成本。     

6自由度自动纤维铺放成型机设计与研究

针对复合材料自动铺放设备进行设计及研究,基于自动铺放成型设备运行原理,利用Solid Works软件建立纤维铺放成型机各个部件的三维模型。以6自由度纤维丝铺放成型虚拟样机关键零部件为研究对象,利用ABAQUS软件进行静力学分析及模态分析,得到了关键零部件的仿真结果。通过分析关键零部件的仿真数据,验证铺放成型机的结构能够满足铺放设备作业时所需的强度、刚度及稳定性等要求。建立了铺放成型虚拟样机仿真模型,得到了芯模及铺放头与机械臂连接处的速度及加速度变化规律,通过分析铺放速度及加速度变化范围,验证了6自由度纤维铺放成型虚拟样机设计的合理性。     

芳纶纤维复合材料铣削加工研究进展

芳纶纤维复合材料因其特有的超高强度、高模量、高硬度和优良的冲击性能,在航空、航天和军工等领域应用日益广泛。综述了芳纶纤维复合材料的铣削加工研究进展,重点介绍了高速铣削过程中铣削力、铣削温度的变化规律,阐述了铣削加工缺陷的成因、影响表面质量的因素和铣削工艺优化措施,展望了芳纶纤维复合材料铣削加工的发展方向。     

复合材料螺旋桨结构高效优化方法研究

提出了一种能求解整数规划问题的改进遗传算法,并将其用于复合材料螺旋桨结构优化问题。首先,提出一种新颖的优化模型建模方法,该方法在不影响优化结果的同时,能大幅减少设计变量个数,从而缩小优化空间,有效的提高优化效率。然后从整数编码、锦标赛选择以及加速策略等方面对遗传算法进行改进,使之成为一种能同时优化铺层层数和铺层顺序的高效算法。笔者所提的优化方法被用来求解该复合材料螺旋桨优化问题,优化时间缩短6倍,重量减少32%,固有频率提高30%,获得了较好的优化结果。     

纤维复合材料的可靠性优化研究

采用遗传算法分析有初始缺陷的层合板的可靠性优化问题.初始缺陷、强度参数为随机变量,采用一阶矩法分析单元层的可靠性,每个单层板考虑基体破坏和纤维断裂两种失效模式,系统失效概率的计算基于最终层失效理论.以纤维方向角和层合板厚度为设计变量,系统可靠度最小为目标,采用遗传算法计算优化问题.数值算例说明方法的有效性,分析不同失效理论时的最优解.     

基于遗传算法的孔群加工路径优化

为提高孔群加工的效率,采用遗传算法对孔群加工空行程路径进行了优化。对遗传算法的实施过程进行了细致的描述,通过实例演示了遗传算法的孔群路径优化性能,并对遗传算法的运行效率及影响因素进行了研究。实验表明,运用遗传算法对孔群路径进行优化能提高孔群加工的效率,减小孔群加工中空行程的消耗;遗传算法运行中可以根据最佳个体的保持时间在一个代中加入活性因子,防止早熟的出现;遗传算法的各个参数对遗传算法的运行有一定的影响。选用合适的运行参数,本程序可应用于工程中,提高少批量孔加工的生产效率。     

基于零阶优化方法的无人机复合材料进气道结构优化与分析

在综述优化设计理论研究的基础上,运用ANSYS分析软件,采用零阶优化方法,对某型无人机进气道复合材料层合板结构进行初始铺层的强度和刚度分析,在此基础上对其铺层厚度和铺层比例进行优化.采用两种优化方案,一种是在载荷一定的情况下求得尽可能轻的重量;另一种是在厚度一定的情况下调整铺层比例,使结构的承载能力更强.在得到ANSYS优化结果后再对其进行修正.优化结果显示,通过优化能进一步减轻结构重量,增强结构的承载能力.     

一种复杂图形加工工艺路径优化方法研究

针对当前复杂图形加工中存在加工轨迹之间空行程多,导致加工过程耗时很长等缺陷,提出一种简单、易于实现的加工轨迹切换优化方法。分析了复杂图形加工轨迹切换控制方法,给出了缩短总空行程的优化思想。基于双向蚁群算法原理,推导了双向最大最小蚁群算法（Bidirectional maxmin ant colony system,BMMAS）,结合加工轨迹之间轨迹切换特点,对复杂图形加工工艺路径进行规划设计,给出了算法实现流程及加工工艺路径优化的实现要点。最后利用该方法对平面复杂图形进行了优化加工实验。实验结果表明,该加工方法计算简单,加工效率高,空行程路径长度较其它方法短,加工平稳。研究结果对相似复杂图形加工具有参考价值。     

碳纤维螺旋桨自动铺放成形轨迹规划方法

螺旋桨曲面为高阶自由曲面,故以四丝束碳纤维螺旋桨曲面铺放装置为平台,进行了碳纤维铺放成形轨迹规划的研究。依据船用定距桨桨叶曲面轨迹规划的要求,针对传统曲面网格和轨迹铺放法的低精度缺陷,提出了基于拉普拉斯网格优化、等弧长曲面分层的轨迹优化铺放算法,并完成了算法仿真和实物验证。结果表明,该轨迹规划方法能满足碳纤维螺旋桨的铺放要求。     

一种基于投影法的铺丝路径优化生成算法

提出了一种铺丝路径的优化生成算法,用以提高成形件的强度并减少复合材料的用量。首先根据构件的主应力分布选取系列关键位置点;其次沿特定方向平移这些点并拟合成曲线;然后将曲线投影至曲面得到铺丝路径;最后引入映射法生成距离曲线求解路径上的实时丝数信息。生成的路径轨迹满足：①精确通过原型值点并保持G1连续;②实现连续多层铺放。推导出了明确的路径计算公式,并以曲面实例验证了算法的简单快速性。     

纤维增强复合材料结构的宏细观一体化分析方法

基于复合材料细观结构周期性假设 ,建立了一种数值型细观力学模型 ,通过将该细观力学模型与有限元分析相结合 ,建立了纤维增强复合材料结构的宏、细观一体化分析方法。该方法在结构分析中能够在获得宏观应力、应变场的同时获得细观应力、应变场。该方法可用于复杂细观结构特征的复合材料结构分析 ,也能用于涉及材料非线性的复合材料结构分析。     

飞机金属-复合材料副翼结构优化技术

针对飞机副翼结构,讨论了一种金属一复合结构的联合优化设计方法。用拓扑优化方法得到传力路径并对金属骨架布局进行设计。对于金属部件,采用拓扑优化方法进行概念设计,然后通过尺寸优化等方法对各个具体部件进行详细设计。对于复合材料蒙皮,采用三级优化设计方案,从铺设角、铺层比例、铺层厚度、铺层块形状及位置以及铺层次序等多个方面给出层舍板的设计参数,并且在设计过程中充分考虑了制造约束。     

复合材料管材切削加工方法的选择

从复合材料管材的性能出发,分析了复合材料管材加工性能及加工方法,包括加工装备的选择以及截断、锯割、钻削等加工方法的研究,为有效地加工复合材料管材提供了理论依据和实践基础,可供管道施工工人和相关人员参考。     

基于改进遗传算法的点位加工路径优化

针对点位加工路径的优化,将其归结为旅行商问题来分析,并利用改进遗传算法进行求解,即采用贪婪交叉算子并引入精英保存与动态自适应策略,提高了算法的寻优能力与计算效率.实验结果表明了算法的可行性与有效性.     

金属基复合材料加工的进展

介绍了金属基复合材料（ＭＭＣ）的加工发展状态,包括各种传统的切削加工方法和特种加工方法在金属基复合材料上的应用。用刀具切削仍然是ＭＭＣ的主要加工方法,复合材料增强体硬度越高、含量越大,其切削加工性能越差,对刀具硬度的要求也越高。增强体的存在使有色金属基复合材料比基体材料有更好的可磨削性。除电火花成型加工外,各种非传统加工法在ＭＭＣ上的应用多见于板料切割。非传统加工也会在复合材料中留下多种表层缺陷。     

SMA纤维复合材料板簧刚度性能分析

根据SMA本构关系理论、复合材料力学理论和经典材料力学理论,利用SMA的受限回复特性,建立预应变的SMA纤维复合材料板簧分析模型,导出板簧刚度数学式.通过理论分析和数值计算相结合的方法,讨论了温度的改变、SMA纤维含量、铺层方式等参数对结构刚度的影响.研究结果揭示了SMA纤维复合材料板簧刚度调节性能与温度、SMA纤维含量、铺层方式之间的规律.     

孔群分类加工路径的优化算法

柔性钣金加工中心采用钻削或攻丝加工孔群时,为缩短刀具空走行程并提高孔群加工效率,针对孔群中圆孔需分类使用不同刀具加工问题,提出蚁群算法与贪心算法相结合的混合算法对孔群加工路径进行优化。该混合算法对同一种类孔群中的孔采用蚁群算法优化路径,不同种类孔群间的过渡应用贪心算法优化。通过在自主开发钣金刻铣加工CAD/CAM软件中,将所提出的混合算法与X向路径法、Y向路径法、贪心算法、蚁群算法进行实验对比。对分布无序的3类41个圆孔的孔群加工实验,结果表明:混合算法优化后路径长度比X向路径法优化后缩短42.84%,比Y向路径法优化后缩短48.93%,比贪心算法优化后缩短11.10%,比蚁群算法优化后缩短6.19%。由此可见,本文所提出的混合算法能够更有效缩短分类孔群加工路径,提高加工效率。     

复合材料控制臂的多区域铺层结构优化

使用碳纤维复合材料设计某乘用车悬架控制臂,对4个区域的铺层结构进行优化设计.首先以各角度铺层厚度为设计变量对控制臂模态频率、质量和各工况应变能进行优化;然后以前三阶模态频率为目标,弯曲刚度参数作为设计变量优化铺层顺序.针对设计变量间存在的工艺约束条件使样本空间不规则且优化变量较多的问题,利用聚类分析进行试验设计确定训练近似模型需要的样本点,并用高斯过程回归方法建立近似模型以减少计算时间,验证模型R2在0.9以上.两步优化后,对比复合材料初始铺层各性能指标均有不同程度改善,复合材料质量减少11.4％;对比原钢制控制臂,各性能均满足要求,质量降低37.1％.     

飞机结构件槽特征加工路径优化算法研究

提出了一种基于分治法思想的加工路径优化算法。该算法将槽特征加工路径的优化近似为旅行商问题(TSP),根据槽的分布对TSP路径进行几何分区,分别应用正交路径法、最近邻算法等求解,并将结果合并为完整路径。最后通过实际应用验证了该算法实现简单,求解速度快,优化结果同人工编排的加工路径非常接近,具有可行性和有效性。