復合材料鋪層排樣技術研究與開發(fā).pdf

1、復合材料因其比強度高、比模量大、材料的剛度和強度可設計等一系列優(yōu)點，在航空航天領域得到廣泛應用，但高昂的價格成了復合材料應用的最大壁壘。國外的研究和應用成果表明數字化技術是降低復合材料構件制造成本、提高構件性能的有效途徑。目前國內主要還以手工設計和手工制造為主、自動化程度不高，不僅浪費人力、物力，而且產品質量難以保證，因此有必要對復合材料數字化技術進行研究。優(yōu)化排樣是復合材料構件數字化生產過程中的重要環(huán)節(jié)。 本文在研究各種排樣算

2、法的基礎上，提出了新的矩形件排樣算法、優(yōu)化算法以及不規(guī)則樣片的排樣算法，并與復合材料鋪層排樣的特點相結合開發(fā)了復合材料鋪層排樣軟件。主要研究內容和創(chuàng)新點如下： 矩形件排樣不僅適用于矩形樣片的排放，也是不規(guī)則樣片排樣的基礎。本文在建立矩形件排樣數學模型的基礎上，介紹了各種常見的定序列矩形件排樣算法并分析其特點，提出了一種新的啟發(fā)式排樣算法——最低輪廓線搜索算法。該算法滿足“最下最左”條件，克服了其他排樣算法對某些排樣圖不能給出排列

3、的缺點，實驗結果表明該算法排樣效果好于最低水平線算法和最下最左（BL）算法。利用該算法實現了大量不同規(guī)格圖紙的集中出圖，省時省力，節(jié)約紙張20~50％。 矩形件排樣問題具有圖形運算和組合優(yōu)化兩方面的特性，單純的排樣算法只能解決圖形運算問題，樣片的排放順序對排樣結果同樣重要。針對較小規(guī)模(一般少于100個圖形)的矩形件排樣問題，本文提出了模擬退火與最低輪廓線搜索算法相結合的綜合優(yōu)化算法。對于十多個圖形的排樣，該算法可短時間內求得最

4、優(yōu)解；對于近百個圖形的排樣，在排樣效果相當的情況下，該算法比其他基于模擬退火的綜合優(yōu)化算法效率提高百倍以上。針對大規(guī)模矩形件排樣問題，本文提出了蟻群算法與最低輪廓線搜索算法相結合的綜合優(yōu)化算法，該算法比模擬退火與最低輪廓線算法相結合的綜合優(yōu)化算法效率提高十倍以上。 不規(guī)則圖形排樣是所有排樣研究中的熱點和難點。本文將不規(guī)則樣片簡化成多邊形進行排樣，提出了兩種不同的解決方法：一是基于矩形的排樣方法，二是直接對多邊形進行排樣?；诰匦?/p>

5、求解不規(guī)則樣片排樣時，將圖形運算、矩形件排樣算法及交互調整相結合，提出了基于矩形的多邊形綜合排樣算法。通過各種優(yōu)化組合策略，對單一樣片和多種樣片進行組合求其最小包絡矩形，從而將不規(guī)則形狀樣片排樣轉化為矩形件排樣進行求解。直接排放多邊形時，重點研究兩個多邊形的臨界多邊形（NFP）的求解。首先對基于傾斜圖法的NFP求解法進行了改進和優(yōu)化，完善了凹、凸兩多邊形NFP的求解，然后提出了適用于任意兩多邊形NFP求解的邊界繞行法，該方法比基于傾斜圖