四步法三维编织计算机辅助设计系统的研究

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近二、三十年中,伴随着复合材料的飞速发展,三维编织技术也得到了迅速的发展,三维编织复合材料被广泛应用于航空、航天、能源、交通等各个领域。然而在这些领域中,对复合材料编织预制件具有非常严格的要求,任何在加工过程中带来的缺陷都有可能引起十分严重的后果,因此在加工编织预制件时要做到更加精确和仔细,同时要确保其力学结构的合理性。所以,在这些编织物被使用甚至制造之前,有必要对其结构进行计算机模拟,构建比较合理的力学模型,以确保三维编织预制件的符合所需要求。现有的三维编织计算机辅助设计系统存在界面不够友好,建模算法计算量大,设计效率低等问题,此外,由于三维编织复合材料大多运用于军工领域,其计算机辅助设计系统具有较强的保密性,因此有必要对现有建模算法进行优化,自主研发一个三维编织计算机辅助设计系统。  本文通过对四步法三维编织中的纱线运动规律的研究并对其进行仿真分析,提出了一种更为简化的建模算法——边界反射法,来拟合三维编织体中的纱线结构。通过实验结果可知,这种算法能够有效缩短三维编织体纱线模型构建的时间,提高设计效率,并且随着纱线数量的增加,这个优势将更加显著。  本文设计的三维编织计算机辅助设计系统主要包括编织体参数输入模块,模型构建算法的实现以及编织体模拟结构显示模块三部分。通过编织体参数输入模块可以方便的更改编织参数,对不同编织参数的编织体结构进行模拟。模型构建算法的实现是通过VC++与Matlab的混和编程完成的。编织体模拟结构显示模块则是以Solidworks软件为平台,通过对其进行二次开发,将编织体参数输入界面与之相结合以达到显示不同编织参数的编织体模型的目的。实验结果表明,本文中实验所得到的编织体结构模型与实际情况接近,为三维编织体的细观结构分析、三维编织复合材料力学性能的有限元分析奠定了基础。
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