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32600字硕士毕业论文复合成型模具工作面缺陷检测及模板快速假定

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:32600字
论点:等距,曲面,复合材料
论文概述:

针对目前复合材料成型模具数字化设计中复杂曲面缺陷检测和曲面等距设计方法存在的上述问题,本文将对此进行深入研究,从工程应用角度出发提出复合材料成型模具的工作模面缺陷检测和模

论文正文:

第一章导言

1.1研究背景
工艺设备的设计反映了企业的技术水平,工装的设计和制造是产品制造中影响生产准备周期和加工成本的重要因素。由于复合材料具有优异的比强度、比模量、耐热性、耐疲劳性等特性,目前复合材料构件的制造在飞机制造中发挥着极其重要的作用。复合材料模具作为制造复合材料构件的主要工艺设备,其设计方法和设计水平在很大程度上反映了企业复合材料的制造能力。本文来源于南京航空空航天大学计算机辅助设计/计算机辅助制造工程研究中心与哈尔滨航空空工业集团有限公司(以下简称哈飞)合作项目“基于知识工程的工装快速设计系统开发”。哈飞是一家直升机制造企业,早在中国就开展了复合材料设计和制造的研究和生产实践。其飞机复合材料制造技术在中国处于领先水平。虽然与英美等航空公司空企业相比起步较晚,但通过引进、消化和自主开发,一些关键模式初步形成了基本的信息应用环境,并取得了显著成绩。数字化产品设计、工装设计和产品数据管理已基本实现。然而,在复合材料模具的设计效率、复合材料成型工艺参数的优化以及复合材料构件的无损检测技术等方面还需要进一步的研究和改进。企业调查发现,复合结构部件(梁、框架、肋等)。)和薄板部件(蒙皮、舱盖、门盖、壁板等。)被广泛用于制造各种类型的直升机以及复合制造工艺方法,例如压缩成型、软模成型、RTM成型、预浸带铺设、预浸料堆置、共固化成型、高压釜固化等。被广泛使用。其中,手工堆垛、真空压袋结合热压罐固化制造片状部件的方法是一种典型的复合材料制造工艺组合,在企业中得到广泛应用。因此,其成型模具的设计在整个工艺设备设计和生产准备周期中占有很大比例。
对于上述板材成型模具,主要分为复合材料模具、铝板轧制金属模具、因瓦钢模具等。为了改善复合材料固化过程中形成的温度场,提高热利用效率,目前在其成型模具中广泛使用一种称为板框式的结构,如图1.1所示。这种模具的主要部件包括模板、模架、底座和叉车口。模板是复合材料构件成型表面的直接保证。模板框架主要用于支撑模板和复合构件。模板框架上的散热孔主要用于复合构件成型过程中的热应力场循环(采用热压罐固化成型法)。底座是整个模具的支撑部分。叉车口主要用于方便模具的运输。从结构上看,这种复合成型模具的模板采用等厚板(钢板、铝板或复合层压板)的结构类型,即模板的上下表面满足等距关系。目前采用的数字化设计方法是,刀具设计者获得产品的数字化模型后,先提取成形曲面,再经过拉伸、修复、缩放等加工得到工作模具表面,即模板的上表面;其次,对工作模面进行等距处理,得到模板的下表面;最后,从模板的上下表面构建模板的实体模型。
在工作模面不能等距的情况下,企业目前采用的设计方法是分离等距曲面,并用过渡曲面修复其他零件。这种方法复杂且周期长。此外,在工作模具表面等距后有许多曲面,这不利于精确控制。因此,在相关的工装设计规范中,规定了一种工艺补偿方案,即模板的厚度误差不大于2mm,并且通过树脂注射来修复模板与模板框架之间由于厚度误差而产生的间隙。与基面相比,仍存在等距面表达式复杂、代数数很高、不利于模型修改等问题。企业调查发现,复合成型模具的设计周期通常为一个月左右,而模板设计需要两周左右,约占整个模具设计周期的一半。因此,模板设计的质量和效率直接影响模具的设计周期和产品开发周期。为了更好地响应市场需求,提高产品的市场竞争力,研究了复合材料模具设计中涉及的工作模具表面缺陷检测和模板快速设计技术。

1.2国内外相关研究现状
复合成型模具表面缺陷检测和快速模板设计技术主要涉及复杂表面缺陷检测和表面等距两项关键技术。为了更好地开展本文的研究工作,从理论研究和技术应用两个方面论述了国内外的研究现状。

第二章工作模具表面缺陷分析与检验

2.1工作模具表面简介
模具的工作模具表面直接确保复合部件的正确形状和尺寸,而模具表面的形状和尺寸直接或间接地取自产品部件的数学模型。对于复杂结构的产品模型,其轮廓通常更复杂,因此工作模具表面的设计是非常耗时的事情。正常情况下,在获得产品数字模型后,工装设计人员首先提取其成型表面,然后根据从工艺模拟或工艺实验数据中获得的材料膨胀或收缩变形系数,确定各个方向上合适的缩放比例,只有缩放后的模具表面数字模型经过缺陷修正、修复、工艺表面扩展等处理后,才能获得成型模具的工作模具表面。在一般生产情况下,复合成型模具的工作模具表面曲率变化小,非常尖锐的特征很少。图2.1分别显示了直升机驾驶舱门的产品数值模型和工作模面。
在正常情况下,计算机辅助设计系统需要在某些偏差下工作,以确保其模型的完整性。例如,模型的位置不是由绝对数据信息来表示的,而是与系统相关联的近似值,并且具有一定程度的误差。例如,计算机辅助设计系统通过判断顶点和曲线之间的距离是否小于系统偏差来判断顶点是否位于曲线上,而不是通过计算结果来判断。如果小于偏差,则意味着该点位于曲线上,否则意味着该点位于曲线之外。在确定曲线是否位于曲面上时,也会出现类似的情况。因此,不同系统之间的不同系统精度容易导致模型转换中的问题,例如当从精度较低的计算机辅助设计模型导入精度较高的计算机辅助设计系统时,信息不完整。

第三章工作模面等距方法研究..............................27-38
3.1导言..............................27
3.2工作..............................27-35[/br/ ] 3.3工作模面的等距示例..............................35-37
3.4本章概述..............................37-38
第4章..............................38-52
带不规则边界网格面4.1简介..............................38
4.2网格参数化技术..............................38-43
4.2.1参数介绍..............................38-39
4.2.2变形测量..............................39-40
4.2.3浮子参数化方法..............................40-43
4.3网格参数化..............................具有不规则边界的43-48
4 . 3 . 1变分隐式曲面..............................43-44
4.3.2附加边界结构..............................44-46
4.3.3参数示例..............................46-48
4.4 B样条曲面拟合..............................48-50
4.4.1 B样条曲面重建基础..............................48-49
4.4.2节点向量确定..............................49-50
4.5 B样条曲面拟合示例..............................50-51
4.6本章概述..............................51-52
第五章模板快速..............................52-59
5.1中航V5 &民航局简介..............................52
5.2系统总体设计..............................52-53
5.2.1系统功能描述..............................52
5.2.2系统设计过程分析..............................52-53 [/BR/] 5.3系统实施和应用示例..............................53-58
5.4本章概述..............................58-59

结论

(1)研究了工作模表面缺陷的检测方法。通过分析工作模表面缺陷的主要表现和原因,提出了一种表面离散化的缺陷检测方法。该方法能有效解决设计人员设计方法不当和不同计算机辅助设计系统之间数据转换造成的工作模具表面缺陷,从而提高模板设计质量。此外,该方法实现简单,不需要考虑复杂的几何和拓扑问题。
(2)研究了工作型面的等距方法。复合模制模具的工作模具表面直接确保复合部件的正确形状和尺寸,而模具表面的形状和尺寸直接或间接地取自产品部件的数学模型。对于产品模型的复杂结构,其轮廓一般更为复杂,因此工作模具表面的设计是一件非常耗时的事情,很难直接使用计算机辅助设计软件直接进行等距操作。综合比较了三种曲面等距方法(基于参数曲面、网格曲面和点等距方法),提出了一种基于离散点等距算法的模具曲面等距方法。该方法采用基于最近邻空的球面搜索算法思想,有效解决了自相交问题。其等距曲面由隐函数给出,等距网格曲面由蒙特卡罗算法输出。
(3)研究了边界不规则的B样条曲面拟合方法。由于工作模具表面的轮廓边界通常是不规则边界,其边界对等距网格表面的拟合精度和表面质量有很大影响。结合凸组合参数化方法计算效率高、一对一映射等优点,提出了一种基于变分隐式曲面的网格参数化方法。该方法通过构造新的网格曲面边界,避免了固定网格边界引起的边界网格参数化变形大的问题。由于等距曲面是用隐函数表示的,等距曲面具有隐式曲面全局光顺的特点,构建新边界的网格数据可以很好地保证等距曲面的边界更加光顺。

参考
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