面对奇异规避的龙门式自动纤维铺放机床运动学优化
发布时间：2022-12-10 02:57
复合材料已经成为航空航天工业的主要结构材料,自动化、整体化和低成本制造技术已经成为当今复合材料制造的主流趋势。但国内复合材料铺放设备研究仍处于起步阶段。铺放设备的运动性能是保障复材构件铺放质量和效率的重要方面。铺放设备的奇异性问题,不仅会降低铺放效率,甚至会因为铺放速度变缓导致局部复合材料加热时间过长而影响最终铺放质量。本文针对CBC型复合材料铺放机床的奇异性问题,综合考虑机床运动学性能及复合材料成型质量等因素,通过试验方法获得了铺放姿态的可调整区间,研究了以降低机床奇异性为目标的铺放姿态优化方法。本文具体研究成果如下:（1）依据齐次坐标变换法建立机床运动学模型,推导了机床反解和雅可比矩阵计算过程,分析了机床奇异性与条件数之间的关系,从数学和几何角度剖析机床奇异现象产生原因,提出了机床奇异性的判定方法。（2）探究路径变姿态引起的侧向力和铺放压力变化对丝束铺放质量的影响规律,搭建了侧向和切向粘性力测定的实验平台,分别通过有限元分析与实验方法获得沿压辊运动方向和垂直压辊运动方向的姿态可调整范围。（3）基于路径姿态可调整范围,实现了将路径调整范围从P坐标系统转换至M坐标系统,提出了在M坐标系...
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 概述
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
1.2.2 国外研究现状
1.3 研究背景和研究意义
1.4 本文研究内容和组织框架
第二章 CBC型六轴联动AFP机床奇异性分析
2.1 CBC型六轴联动AFP机床运动学概述
2.2 CBC型六轴联动AFP机床运动学方程
2.2.1 CBC型六轴联动AFP机床运动学正向求解
2.2.2 CBC型六轴联动AFP机床运动学逆向求解
2.3 AFP机床雅可比矩阵
2.3.1 雅可比矩阵的定义
2.3.2 雅可比矩阵的求解
2.4 AFP机床奇异性分析及判定
2.4.1 奇异点分析
2.4.2 奇异性与条件数
2.4.3 奇异性几何分析
2.4.4 奇异区域实例验证
2.4.5 奇异区域的判定
2.5 本章小结
第三章 基于复合材料铺放质量的铺放姿态可变域
3.1 变姿态铺放对铺放质量的影响
3.1.1 铺放压力对铺放质量的影响
3.1.2 变角度引起的侧向力对铺放质量的影响
3.2 姿态可变角度域的确定
3.2.1 沿压辊运动方向姿态可变角度域
3.2.2 绕垂直压辊运动方向姿态可变角度域
3.3 本章小结
第四章 基于铺放姿态可变域的路径优化方法
4.1 可变域(DAO)在P坐标轴系的表示
4.2 基于旋转轴关节运动学解释的轴系运算简化
4.3 旋转轴可变角度域在M坐标系中的多边形表示
4.4 优化目标函数及优化方程的建立
4.4.1 路径点与路径平面内多边形DAO域的判断方法
4.4.2 优化计算
4.5 优化方法总结
4.6 本章小结
第五章 路径铺放姿态优化方法仿真验证
5.1 AFP机床的建模与导入
5.2 路径姿态优化
5.3 ADAMS仿真与结果
5.4 总结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于探针试验的预浸料黏性内聚力模型[J]. 舒展,彭啸,李发飞,徐强. 航空学报. 2018(02)
[2]五轴加工奇异问题机理分析及其避免策略[J]. 蔡安江,赵丹,叶向东,王杰. 机械科学与技术. 2017(08)
[3]五轴后置处理转角选解优化及奇异区域处理方法的研究[J]. 余丹,闫光荣,范庆香,丁涛,徐翔宇. 图学学报. 2016(05)
[4]考虑丝束变形和铺层力学方向的铺放线型规划[J]. 张吉法,胡斌,徐东亮,张小玉,李卓球. 哈尔滨工业大学学报. 2016(01)
[5]自动铺丝过程中预浸料的侧向弯曲[J]. 方宜武,王显峰,顾善群,肖军. 材料工程. 2015(04)
[6]自动铺丝构件缺陷形成机理的研究进展[J]. 韩振宇,王振宇,边东岩,曹忠亮,富宏亚. 纤维复合材料. 2014(04)
[7]飞行器结构用复合材料四大核心技术及发展[J]. 王绍凯,马绪强,李敏,顾轶卓,张佐光. 玻璃钢/复合材料. 2014(09)
[8]五轴加工奇异问题及其处理方法[J]. 李显双,樊留群,齐党进. 组合机床与自动化加工技术. 2013(06)
[9]基于结构设计的自调节铺放轨迹规划算法[J]. 文立伟,李俊斐,王显峰,肖军. 航空学报. 2013(07)
[10]六自由度装校机器人雅可比矩阵的建立及奇异性分析[J]. 李诚,谢志江,倪卫,刘楠. 中国机械工程. 2012(10)
博士论文
[1]五轴数控加工无干涉无奇异高效轨迹生成与优化研究[D]. 林志伟.浙江大学 2014
硕士论文
[1]自动铺放成型温度与预浸带变形研究[D]. 黄志军.南京航空航天大学 2012
本文编号：3715914
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 概述
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
1.2.2 国外研究现状
1.3 研究背景和研究意义
1.4 本文研究内容和组织框架
第二章 CBC型六轴联动AFP机床奇异性分析
2.1 CBC型六轴联动AFP机床运动学概述
2.2 CBC型六轴联动AFP机床运动学方程
2.2.1 CBC型六轴联动AFP机床运动学正向求解
2.2.2 CBC型六轴联动AFP机床运动学逆向求解
2.3 AFP机床雅可比矩阵
2.3.1 雅可比矩阵的定义
2.3.2 雅可比矩阵的求解
2.4 AFP机床奇异性分析及判定
2.4.1 奇异点分析
2.4.2 奇异性与条件数
2.4.3 奇异性几何分析
2.4.4 奇异区域实例验证
2.4.5 奇异区域的判定
2.5 本章小结
第三章 基于复合材料铺放质量的铺放姿态可变域
3.1 变姿态铺放对铺放质量的影响
3.1.1 铺放压力对铺放质量的影响
3.1.2 变角度引起的侧向力对铺放质量的影响
3.2 姿态可变角度域的确定
3.2.1 沿压辊运动方向姿态可变角度域
3.2.2 绕垂直压辊运动方向姿态可变角度域
3.3 本章小结
第四章 基于铺放姿态可变域的路径优化方法
4.1 可变域(DAO)在P坐标轴系的表示
4.2 基于旋转轴关节运动学解释的轴系运算简化
4.3 旋转轴可变角度域在M坐标系中的多边形表示
4.4 优化目标函数及优化方程的建立
4.4.1 路径点与路径平面内多边形DAO域的判断方法
4.4.2 优化计算
4.5 优化方法总结
4.6 本章小结
第五章 路径铺放姿态优化方法仿真验证
5.1 AFP机床的建模与导入
5.2 路径姿态优化
5.3 ADAMS仿真与结果
5.4 总结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于探针试验的预浸料黏性内聚力模型[J]. 舒展,彭啸,李发飞,徐强. 航空学报. 2018(02)
[2]五轴加工奇异问题机理分析及其避免策略[J]. 蔡安江,赵丹,叶向东,王杰. 机械科学与技术. 2017(08)
[3]五轴后置处理转角选解优化及奇异区域处理方法的研究[J]. 余丹,闫光荣,范庆香,丁涛,徐翔宇. 图学学报. 2016(05)
[4]考虑丝束变形和铺层力学方向的铺放线型规划[J]. 张吉法,胡斌,徐东亮,张小玉,李卓球. 哈尔滨工业大学学报. 2016(01)
[5]自动铺丝过程中预浸料的侧向弯曲[J]. 方宜武,王显峰,顾善群,肖军. 材料工程. 2015(04)
[6]自动铺丝构件缺陷形成机理的研究进展[J]. 韩振宇,王振宇,边东岩,曹忠亮,富宏亚. 纤维复合材料. 2014(04)
[7]飞行器结构用复合材料四大核心技术及发展[J]. 王绍凯,马绪强,李敏,顾轶卓,张佐光. 玻璃钢/复合材料. 2014(09)
[8]五轴加工奇异问题及其处理方法[J]. 李显双,樊留群,齐党进. 组合机床与自动化加工技术. 2013(06)
[9]基于结构设计的自调节铺放轨迹规划算法[J]. 文立伟,李俊斐,王显峰,肖军. 航空学报. 2013(07)
[10]六自由度装校机器人雅可比矩阵的建立及奇异性分析[J]. 李诚,谢志江,倪卫,刘楠. 中国机械工程. 2012(10)
博士论文
[1]五轴数控加工无干涉无奇异高效轨迹生成与优化研究[D]. 林志伟.浙江大学 2014
硕士论文
[1]自动铺放成型温度与预浸带变形研究[D]. 黄志军.南京航空航天大学 2012
本文编号：3715914
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