纖維增強復合材料結構件多尺度幾何建模技術研究.pdf

1、纖維增強復合材料具有輕量化、高強度、可設計等特點，在航空航天、船舶、汽車等領域得到了廣泛的應用。隨著復合材料需求量的快速增長，其材料可設計性帶來的設計成本高等問題逐漸突顯，制約了其進一步發(fā)展，針對該問題，本文以復合材料層合板為對象，研究了復合材料產(chǎn)品多尺度幾何建模技術，提出了基于自頂向下設計理論的結構材料一體化復合材料產(chǎn)品設計系統(tǒng)，將設計過程分為概念設計、幾何設計與工程設計，并將該研究成果應用于所開發(fā)的軟件系統(tǒng)中。
　　本文以產(chǎn)品

2、的特征化建模為基礎，研究了復合材料產(chǎn)品概念設計與建模方法。根據(jù)產(chǎn)品的結構特點與材料屬性，建立基于特征信息的產(chǎn)品結構點陣，在點陣分區(qū)的基礎上建立基于材料屬性的纖維束微觀模型，最終得到集成特征點陣與材料模型的產(chǎn)品概念模型。該模型實現(xiàn)了設計信息的數(shù)字化，完成了結構信息與材料信息的耦合，體現(xiàn)了復合材料產(chǎn)品設計過程的多尺度性。
　　以上述概念模型為基礎，研究了基于NURBS曲面的復合材料產(chǎn)品幾何建模技術。建立基于特征點陣的NURBS曲面產(chǎn)品

3、結構幾何模型。針對復合材料產(chǎn)品的多尺度特性，建立基于NURBS曲面分割與擬合的產(chǎn)品分區(qū)多層材料幾何模型，并進一步實現(xiàn)階梯層交界區(qū)域的過渡曲面擬合建模。幾何設計最終得到以曲面為基本單元的結構與材料一體化模型，該模型繼承了概念設計信息，以宏-細觀多尺度的方式表達了產(chǎn)品的結構與材料信息。
　　在上述幾何模型的基礎上，研究了基于結構網(wǎng)格的復合材料產(chǎn)品工程建模技術。針對有限元網(wǎng)格，設計了基于NURBS曲面等參線的密度可控結構網(wǎng)格建模算法。針

4、對復合材料層合板的工程缺陷，分別設計了基于隨機分布和概率譜分布的單層缺陷位置分布模型，進一步建立了隨機橢球結構的氣泡缺陷微觀單胞模型，與缺陷位置分布模型互為映射。工程設計最終得到定義了缺陷信息的產(chǎn)品結構網(wǎng)格模型，該模型與有限元網(wǎng)格相匹配，完成了宏觀網(wǎng)格與微細觀缺陷的多尺度化定義，為工程分析及試驗提供了模型支撐。
　　基于本文的研究成果，開發(fā)了復合材料產(chǎn)品幾何建模系統(tǒng)。完成了基于Open Inventor渲染核心的原型系統(tǒng)研發(fā)，實現(xiàn)