复合材料构件铺层排样技术研究

论文摘要

复合材料因其独特性能在航空航天领域得到广泛应用。由于复合材料的特性,需要专门的CAD/CAM软件,对复合材料构件铺层进行优化排样、数控剪裁。矩形件排样是不规则复合材料构件铺层排样的基础,国内外学者对矩形件排样进行了很多探索,提出了多种算法。本文在认真研究了这些算法的基础上,通过比较分析,提出了新的算法,以应用于复合材料构件铺层的优化排样,并开发了复合材料构件铺层排样软件系统。本文主要做了以下工作:分析了矩形件排样的特点,介绍了各种常见的矩形件排样算法,并针对复合材料构件铺层的特点,提出了一种新的排样算法——最低轮廓线最佳匹配算法。该算法满足“最下最左”条件,同时排样效率较高。并将该算法与CATIA相结合,通过CAA开发出工程图纸排样模块,实现工程图纸的集中打印,节省纸张。矩形件排样问题具有图形运算和组合优化两方面的特性。本文分别使用了遗传算法和模拟退火算法对矩形件排样进行优化。给出了遗传算法用于排样问题的编码算法、解码算法、适应度函数的定义方法,同时给出了模拟退火算法用于排样问题的初始温度、终止温度、解的表达、解的接收准则和冷却策略的确定。实验结果表明,优化排样算法的效率较高,排样结果优于单纯的排样算法。多边形排样多年来一直是许多学者研究的热点和难点问题。本文重点对基于包络矩形的多边形排样算法进行了研究。在对多边形碰撞算法的研究基础上,提出了不同的多边形组合策略,将图形运算、矩形件排样算法及人机交互方法相结合,提出了多边形的组合预处理――矩形件自动排样多边形排样综合算法,从而将多边形排样转化为矩形件排样。设计开发了复合材料构件铺层排样软件系统,为复合材料构件铺层下料提供实用的自动排样工具。该系统采用VC++从底层开发,主要有图形输入,图形组合,优化排样,图形输出,人工交互处理等模块。介绍了该系统的总体结构、功能和软件实现方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 复合材料构件成型过程
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本课题研究的意义
• 1.5 本文的研究目标和内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 矩形件排样算法的研究
• 2.1 矩形件排样问题的数学描述
• 2.2 矩形件排样的启发式算法
• 2.3 给定排样顺序的矩形件排样算法
• 2.3.1 BL 算法
• 2.3.2 BLF 算法
• 2.3.3 最低水平线算法
• 2.4 最低轮廓线最佳匹配排样算法
• 2.4.1 最佳匹配搜索策略
• 2.4.2 最低轮廓线最佳匹配排样算法
• 2.4.3 最低轮廓线最佳匹配排放算法算例分析
• 2.5 最低轮廓线最佳匹配排放算法工程应用
• 2.5.1 二维图纸拼合的问题描述
• 2.5.2 工程图纸排样步骤
• 2.5.3 应用实例
• 2.6 本章小结
• 第三章 矩形件排样优化
• 3.1 基于遗传算法的矩形件排样优化
• 3.1.1 遗传算法简介
• 3.1.2 基于遗传算法的矩形件排样关键参数的确定
• 3.1.3 基于遗传算法的矩形件优化排样
• 3.1.4 基于遗传算法矩形件排样算例分析
• 3.2 基于模拟退火算法的矩形件优化排样
• 3.2.1 模拟退火算法简介
• 3.2.2 基于模拟退火算法的矩形件优化排样
• 3.2.3 基于模拟退火算法的矩形件排样优化算例分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 不规则零件排样
• 4.1 基于碰撞的单一多边形排样
• 4.1.1 任意形状多边形的表示
• 4.1.2 多边形面积的计算
• 4.1.3 多边形的水平距离计算
• 4.1.4 基于碰撞的单一多边形排样
• 4.2 基于矩形的复合材料构件铺层排样
• 4.2.1 多边形的最小包络矩形提取
• 4.2.2 基于矩形的多边形排样
• 4.2.3 排样算例
• 4.3 本章小结
• 第五章 排样系统开发
• 5.1 系统功能模块划分
• 5.2 系统关键模块
• 5.3 复合材料构件铺层排样软件的使用
• 5.4 验证实例
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文