Введение к работе
— - -. .
Актуальность темы исследования. Особое значение в настоящее время приобретает решение проблемы математического обеспечения процесса проектирования и расчета слояннх технических поверхностей изделий рлашиностроения, изготавливаемых намоткой из композиционных материалов /КМ/.
При негладком соединении отсеков поверхности возникает задача управления двпяенаєм композиционной лентн /КЛ/ и ее переходом с одного отсека на другой так, чтобы лента при натяжении не скользила, а прилегала к поверхности оправки, т.о. сохраняла равновесность и не образовывала складок. Для этого накладывают соответствующие условия на кривую армирования, по которой наматывается средняя нить лепты. Часто стараются сохранить ориентацию нити ленты на кривой армирования в зоне стыка отсеков поверхности. При переходе также долаю сохраниться условие равновесности нити лентн на кривой армирования. Равновесность нити на поверхности зависит от величины ее геодезического отклонения. При этом, в точке стыка кривой армирования отношение величины равнодействуххцей нормальных реакций поверхностей отсеков к величине равнодействуицей сил трснля па должно превышать значения коэффициента трения скользепая материала ленты о материал оправки.
При переходе КЛ с одного отсека поверхности на другой необходимо учитывать ширину ленты при рассмотрении изменения различных параметров намотки, таких как ориентация, равновесность и деформация нитей. Учет этих изменений в точках стыка дает возможность точнее рассчитывать такие характеристики как толщина, прочность, плотность укладки лент, их прилегание к поверхности оправки и также позволяет Енбнрать оптимальную ширину КЛ при намотке конкретной поверхности. Проблемы, связан-
ные с намоткой составных поверхностей, имеющих негладкие соединения отсеков, мало изучены, поэтому исследования теоретических вопросов геометрического моделирования процесса намотки таких поверхностей актуальны.
Тема настоящего исследования связана с научно-исследовательскими работами, выполняемыми на кафедре прикладной геометрии МАИ.
Цель работы: разработка методов, алгоритмов и комплекса программ для геометрического моделирования процесса намотки составных поверхностей и расчета параметров оболочки, формируемой из композиционных материалов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
разработать геометрическую модель процесса намотки КЛ на составную поверхность оправки;
разработать алгоритмы расчета геометрических характеристик и параметров получающейся оболочки армирования;
провести анализ зависимости геометрических характеристик и параметров намотки в зоне негладкого соединения отсеков поверхности оправки;
создать программное обеспечение предложенных методов и алгоритмов для формируемой системы автоматизированного программирования процесса намотки на станках с ЧПУ;
опробовать результаты теоретических и прикладных исследований на конкретных примерах конструирования оболочек армирования со сложными техническими поверхностями.
Методика выполнения работы. Решение задач, поставленных в диссертационной работе, базируется на методах начертательной, аналитической, дифференциальной и вычислительной геометрий, численных методов, теории упругости и других смежных наук.
Общей теоретической базой выполненных исследований послужили работы:
в области геометрического моделирования поверхностей и вычислительной геометрии - Н.Ф.Четверухина, И.И.Котова, С.А. Фролова, Н-.Н.Рыжова, В.Е.Михаиленко, В.А.Бусыгина, А.М.Тевли-на, П.В.Филиппова, Г.С.Иванова, В.А.Осипова, А.В.Павлова, А.Л. Подгорного, К.М.Наджарова, В.И.Якунина, В.М.Найдыша, Ю.С.Завьялова, А.Д.Тузова, В.А.Зубкова и других;
в области математического моделирования процесса намотки - А.Ф.Парнякова, М.В.Орлова, Ю.А.Исакова, А.В.Завидского, Г.Р.Бороха, Н.Н.Беляковой, В.А.Калинина, Л.Я.Анисимова, М.Б. Второвой, О.Г.Цыплакова, Э.М.Мендлина, С.В.Щербинина и других;
в области теории упругости и прочности оболочек армирования - А.П.Минакова, И.Ф.Образцова, Д.Р.Меркнна, В.С.Щвдрова, В.А.Гречишкина, В.Л.Сегала, С.В.Черевацкого, Ю.М.Тарнопольско-го и других.
Научная новизна исследований. Научную новизну выполненных исследований составляют следующие результаты:
разработана геометрическая модель процесса укладки КЛ на составную поверхность оправки и на ее основе создан метод управления параметрами процесса армирования с целью получения заданных геометрических, прочностных и технологических характеристик оболочек со сложннми техническими поверхностями, формируемых процессом намотки;
разработан метод расчета геометрических параметров: углов армирования, углов геодезического отклонения, относительных дефортлаций нитей ленты на составной поверхности оправки и на его основе созданы алгоритмы анализа рисунка армирования, расчета параметров управления намоточным оборудованием, прогнозирования результатов и оценки ошибок реализации процесса;
исследована зависимость равновесности нитей ленты, ее ориентации и прилегания в зоне негладкого соединения отсеков поверхности оправки;
предложена методика применения полученных результатов исследования для решения прикладных задач. В частности, приведен пример расчета параметров намотки для детали типа "Лонжерон" стабилизатора вертолета.
Практическая ценность выполненных исследований заключается в разработке геометрической модели процесса намотки составной поверхности оправки и создание на ее основе метода управления параметрами процесса армирования. Метод позволяет формировать оболочки со сложными техническими поверхностями с заданными геометрическими, прочностными и технологическими параметрами.
Полученные в работе результаты могут быть использованы на различных этапах развития процесса автоматизации технологии изготовления изделий из КМ.
На защиту выносятся; положения, составляющие научную новизну, методы и алгоритмы их реализации, программное обеспечение для геометрического моделирования процесса намотки составных поверхностей и расчета параметров получащейся оболочки из КМ.
Реализация работы. Результаты выполненных исследований, а также разработанное алгоритмическое и программное обеспечение по геометрическому моделированию процесса намотки составных поверхностей и расчета параметров получащейся оболочки армирования выполнялись в рамках госбюджетной темы № 905-92-01 кафедры "Прикладная геометрия" МАИ. Тема включена в координационный план приоритетных направлений научно-исследовательских работ МАИ по проблеме "Геометрическое моделирование процесса
намотки и расчет параметров получащейся оболочки из композиционных материалов". Методики и прикладные программы, полученные в диссертационной работе, апробированы и внедрены в СКТБ по композиционным, материалам Улан-Удэнского авиационного производственного, объединения.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены:
на Всесоюзном научно-методическом семинаре "Инженерная и машинная графика", г.Полтава, 1991 г.;
на Всесоюзной научно-методической конференции "Компьютерная геометрия и графика в инженерном образовании", г.Нижний Новгород, 1991 г.;
на Российском научном семинаре "Кибернетика графики", г.Москва, 1992 г.;
на научных семинарах кафедры прикладной геометрии Московского авиационного института в 1989 * 1992 г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ и 1 находится в печати, в которых отражены основные теоретические и прикладные аспекты проведенных исследований.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введеная, четырех глав, заключения, списка литературы из 102. наименований, 2 приложений, содержит 135 страниц машинописного основного текста, 28 рисунков и 2 таблицы.
