專利名稱：：三通管的纏繞成型方法
技術領域：
：本發明涉及一種三通管結構的纖維纏繞分布成型的方法。技術背景隨著復合材料的廣泛應用，軍用、民用工業對各種復合材料纏繞構件的需求量也越來越大，對其技術含量的要求也越來越高，一些異型件，如三通管的纏繞成型逐漸成為亟待解決的問題。三通管是管道的一種，它的特點在于三通管能夠解決管道的過渡、連通等問題，三通管纏繞構件在很多領域相比金屬三通都有其獨特的優勢，比如質量輕、耐腐蝕、無污染、規模生產成本低、更長的壽命等。民用方面一般用于地下水、生活垃圾、石油等液體的輸送，也可以用于天然氣以及一些其他氣體的輸送。軍用方面纏繞三通還有質量輕的特點，那么它用于航空航天飛行器用液體燃料或氣體燃料的輸送，對于減輕飛行器的質量有重要的意義。對于三通管纏繞成型以及其布滿的研究在我國最近幾年才開始進行，有的研究人員成功地實現了三通管纏繞過程中主支管的纏繞以及它們之間的非測地線過渡，但是三通管的過渡部分沒有實現布滿纏繞；還有研究人員對三通管的造型和纏繞機械作了一些研究，為三通管的纏繞芯模設計提供了一個思路，但是對于三通管的纏繞軌跡卻未涉及。由于三通管是非對稱異型結構，.利用傳統纏繞方法無法實現三通管的纏繞和布滿。
發明內容本發明解決了現有三通管因為其過渡部分無法用方程進行表達，傳統的借助芯模方程進行線型設計的纏繞方法無法實現三通管的布滿纏繞成型問題，而提出的一種三通管的纏繞成型方法。本發明步驟如下步驟一建模首先通過所要設計的三通管的主管、支管長度以及過渡半徑的參數進行建立芯模；步驟二網格化對芯模表面進行網格化；步驟三數據管理通過SQLSever數據庫來管理網格化的三通管表面節點數據；步驟四査找落紗點依據面片纏繞理論編輯纏繞軟件，通過軟件選取使纖維穩定纏繞的一系列網格節點為落紗點；步驟五穩定線型判斷通過落紗點來設計穩定的纏繞軌跡線型；能設計出穩定的纏繞線型，進入步驟六；不能設計出穩定的纏繞線型，返回步驟四，重新查找落紗點；步驟六網格后置處理通過纏繞線型，選取落紗點軌跡約束方程，進行纏繞速度平滑處理；步驟七判斷線型合理性以三維動畫的形式模擬纏繞過程，檢驗纏繞線型的合理性；不合理，進入步驟八；合理，進入步驟九；步驟八判斷是否是軌跡問題在纖維纏繞軌跡上有明顯的異常點或軌跡上出現尖角的情況，是軌跡問題，返回步驟四；不是軌跡問題，返回步驟六；步驟九生成纏繞代碼按照纏繞線型，生成纏繞的數控代碼；步驟十纏繞成型是否成功將纏繞的數控代碼輸入到數控纏繞機中，進行纏繞成型，在進行纏繞過程中發生干擾或其他原因導致纏繞不成功，返回步驟六；纏繞成功，完成纏繞成型。本發明采用針對網格化芯模表面稠密的網格節點來尋找落紗點的面片纏繞方法，可以成功解決三通管的布滿問題。該發明對于我國在復合材料應用、加工等方面拓展了更廣闊的空間，三通管復合材料纏繞構件可在民用軍用領域得以廣泛應用，比如地下管道的鋪設、航空航天用高強度輕質管線的安裝等；三通管的成功纏繞將使高性能復合材料在各個領域得以廣泛應用。圖1是本發明方法的流程圖；圖2是三通管的過渡區域分為A、B和C三個區域分布示意圖；圖3是A區的纏繞軌跡線型示意圖；圖4是B區的纏繞軌跡線型示意圖；圖5是C區的纏繞軌跡線型示意圖；圖6是A區的實際纏繞結構示意圖；圖7是A區和B區的實際纏繞結構示意圖；圖8是A區、B區和C區的實際纏繞完成的結構示意圖；'圖9是完成纏繞成型的三通管的結構示意圖。具體實施方式具體實施方式一結合圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟如下步驟一建模首先通過所要設計的三通管的主管、支管長度以及過渡半徑的參數進行建立芯模；步驟二網格化對芯模表面進行網格化；步驟三數據管理通過SQLSever數據庫來管理網格化的三通管表面節點數據；步驟四查找落紗點依據面片纏繞理論編輯纏繞軟件，通過軟件選取使纖維穩定纏繞的一系列網格節點為落紗點；步驟五穩定線型判斷通過落紗點來設計穩定的纏繞軌跡線型；能設計出穩定的纏繞線型，進入步驟六；不能設計出穩定的纏繞線型，返回步驟四，重新查找落紗點；步驟六網格后置處理通過纏繞線型，選取落紗點軌跡約束方程，進行纏繞速度平滑處理；步驟七判斷線型合理性以三維動畫的形式模擬纏繞過程，檢驗纏繞線型的合理性；不合理，進入步驟八；合理，進入步驟九；步驟八判斷是否是軌跡問題在纖維纏繞軌跡上有明顯的異常點或軌跡上出現尖角的情況，是軌跡問題，返回步驟四；不是軌跡問題，返回步驟六；步驟九生成纏繞代碼按照纏繞線型，生成纏繞的數控代碼；步驟十纏繞成型是否成功將纏繞的數控代碼輸入到數控纏繞機中，進行纏繞成型，在進行纏繞過程中發生干擾或其他原因導致纏繞不成功，返回步驟六；纏繞成功，完成纏繞成型。具體實施方式二本實施方式與具體實施方式一不同點在于步驟二中的網格化采用ANSYS有限元網格化法對UG進行二次開發實現網格化。其它組成和連接方式與具體實施方式一相同。具體實施方式三結合圖2、圖6、圖7、圖8和圖9說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一不同點在于步驟五的設計穩定的纏繞軌跡線型，是通過將三通管的過渡區域分為A、B和C三個區域，來分別設計線型；A區為主管與支管交接處的平面部分和架空的線性覆蓋的部分；B區為除A區之外的主管與支管直接過渡部分，B區的線型除了填補直接過渡區域的空白外，還能夠有效的消除A區的架空；C區在主管上，為主管和支管連接的過渡區的相對部分，分別設計三個區域的線型，從而實現整個過渡區域的布滿和穩定。其它組成和連接方式與具體實施方式一相同。具體實施方式四結合圖2圖9說明本實施方式，本實施方式中三通管主管長430mm，支管長220mm，主管和支管半徑均為54mm，主支管過渡部分半徑10mm;選擇10mm為纏繞帶寬。A區的纏繞軌跡線型的確定，芯模主管和支管半徑均為54mm，為了使過渡段的纖維覆蓋層能夠充分的與支管部分連接，選左右各7條纖維線形來完成該部分的布滿纏繞，最上面的線形超過主管上沿10mm，下沿有6mm處在中心軸以下，左面第l、第2線形走向如圖3所示，其余5個線形與之平行一次往下排列，右面7條線形與左面線形關于圖中中間線對稱，從而完成對A區的布滿設計，其纏繞布滿的難點在于支管過渡纏繞和支管根部的纏繞。在圖3中，只顯示了A取得前半部分，其后半部分的線形分布與前半部分對稱，那么前后線形的過渡可以通過圖3方式實現。A區纏繞線形需要在支管上過渡，而芯模的主管裝夾在主軸上，因此在線形在支管上過渡的過程中，機床主軸會有反轉情況，由于過渡纖維大部分在支管端部纏繞，在纏繞時支管正反擺幅較大，容易發生碰撞和纖維松動的情況，因此可以考慮在纏繞支管時，使支管水平靜止不動，由出紗嘴繞支管的周向旋轉纏繞來完成線型在支管上的纏繞過渡，如圖2所示。當纖維纏繞到支管時，支管始終保持水平位置，由坐標X、Y和Z來協調運動控制出紗嘴繞支管回轉纏繞，由出紗坐標A來控制懸紗向量和實現纖維展紗。A區的7個10mm寬的纖維中最上面那條纖維在支管軸線位置是處于支管上的，那么為了很好的布滿，支管根部的纖維一定要靠近主管上沿不能夠超過10mm，否則就不能夠實現布滿。由于機床出紗嘴長度為150mm短于支管長，在支管保持靜止的情況下無法實現對支管根部的纏繞，因此在這種情況下就必須借助支管的正反回轉來完成支管根部的纏繞，如圖2所示。B區的纏繞軌跡線型的確定，芯模在B區的弧長為15.7mm(半徑為10mm)，B區的布滿線形左右各四個線形，兩條是在B區直接進行過渡，兩條是在主管上過渡。線形間的間隔不超過10mm，并且主管上過渡的線形能夠實現與主管自身線形的搭接，從而實現布滿。B區采用48度的纏繞角，大于A區線形的42度纏繞角，否則就會出現滑線現象，不能夠保證B區的布滿。在B區過渡的兩個線形就可以將B區的半徑最小處布滿，另外兩個線形往主管上延伸以連接過渡部分與主管。懸紗長度為200mm，而支管的長度為220mm，若不采取措施在纏繞主管根部時支管會與出紗嘴發生運動干涉，這里可以采取將懸紗長度調整到250mm，纏繞完主管根部再將懸紗長度調至200mm，可以有效避免碰撞又不影響線型。三通管的B區纏繞效果見圖4。C區的纏繞軌跡線型的確定，C區的布滿主要考慮左右線形的拼接以及機床的運動軌跡與支管不發生干涉。沿著B區最下面的線形依次排布，纖維軌跡排布的關鍵落紗點坐標見表1，由于C區需要排布的弧長為四分之一個圓周長，即84.823mm，當K等于86mm時說明已經可以完成C區的布滿，K為在主管中間的豎直平面內，從主管外側中心線算起，到C區線形的關鍵點的距離。表1C區關鍵點<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2C區第一線形的相撞落紗點<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表l中可以看出，左右各需要排布6個線形才可以將芯模C區布滿。從表2以及C區采用的纏繞角48度，計算出采用200mm懸紗長度，纖維的出紗點回落在支管內部，即在纖維軌跡返回時機床出紗嘴會與支管相撞，該問題將懸紗長度進行調整60mm即可解決，C區纏繞效果圖見圖5。權利要求1、三通管的纏繞成型方法，其特征在于它的步驟如下步驟一建模首先通過所要設計的三通管的主管、支管長度以及過渡半徑的參數進行建立芯模；步驟二網格化對芯模表面進行網格化；步驟三數據管理通過SQLSever數據庫來管理網格化的三通管表面節點數據；步驟四查找落紗點依據面片纏繞理論編輯纏繞軟件，通過軟件選取使纖維穩定纏繞的一系列網格節點為落紗點；步驟五穩定線型判斷通過落紗點來設計穩定的纏繞軌跡線型；能設計出穩定的纏繞線型，進入步驟六；不能設計出穩定的纏繞線型，返回步驟四，重新查找落紗點；步驟六網格后置處理通過纏繞線型，選取落紗點軌跡約束方程，進行纏繞速度平滑處理；步驟七判斷線型合理性以三維動畫的形式模擬纏繞過程，檢驗纏繞線型的合理性；不合理，進入步驟八；合理，進入步驟九；步驟八判斷是否是軌跡問題在纖維纏繞軌跡上有明顯的異常點或軌跡上出現尖角的情況，是軌跡問題，返回步驟四；不是軌跡問題，返回步驟六；步驟九生成纏繞代碼按照纏繞線型，生成纏繞的數控代碼；步驟十纏繞成型是否成功將纏繞的數控代碼輸入到數控纏繞機中，進行纏繞成型，在進行纏繞過程中發生干擾或其他原因導致纏繞不成功，返回步驟六；纏繞成功，完成纏繞成型。2、根據權利要求1所述的三通管的纏繞成型方法，其特征在于步驟二中的網格化采用ANSYS有限元網格化法對UG進行二次開發實現網格化。3、根據權利要求1所述的三通管的纏繞成型方法，其特征在于步驟五的設計穩定的纏繞軌跡線型，是通過將三通管的過渡區域分為A、B和C三個區域，來分別設計線型；A區為主管與支管交接處的平面部分和架空的線性覆蓋的部分；B區為除A區之外的主管與支管直接過渡部分；C區在主管上，.為主管和支管連接的過渡區的相對部分，分別設計三個區域的線型。全文摘要三通管的纏繞成型方法，它涉及一種三通管結構的纖維纏繞分布成型的方法。本發明解決了現有三通管因為其過渡部分無法用方程進行表達，傳統的借助芯模方程進行線型設計的纏繞方法無法實現三通管的布滿纏繞成型問題。它步驟如下1.建模；2.表面進行網格化；3.SQLSever數據庫來管理網格節點數據；4.依據面片纏繞理論編輯纏繞軟件；5.穩定判斷通過面片纏繞理論選取網格節點，來確定纏繞軌跡線型；能進入六；不能返回四；6.網格后置處理；7.仿真合理性判斷不合理，進入八；合理，進入九；8.判斷是否是軌跡問題是返回四；否返回六；9.生成纏繞代碼；10.纏繞成型是否成功不成功返回六；成功完成纏繞成型。本方法完整的布滿三通管。文檔編號F16L9/19GK101149121SQ20071014459公開日2008年3月26日申請日期2007年11月14日優先權日2007年11月14日發明者富宏亞,王顯峰,韓振宇申請人:哈爾濱工業大學