本技術(shù)屬于復(fù)合材料開孔板連續(xù)纖維3d打印路徑規(guī)劃，具體涉及一種復(fù)合材料開孔板連續(xù)纖維3d打印路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、復(fù)合材料層合板以其優(yōu)異的力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。

2、傳統(tǒng)的復(fù)合材料層合板設(shè)計(jì)采用纖維直線鋪放方式，不能充分發(fā)揮復(fù)合材料纖維的方向特性，限制了設(shè)計(jì)自由度。

3、纖維直線鋪放的復(fù)合材料開孔板，開孔的存在會(huì)嚴(yán)重破壞長纖維的連續(xù)性，改變復(fù)合材料開孔板的傳力路線，還會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料開孔板因局部剛度的突變而在孔邊區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中，明顯降低復(fù)合材料開孔板的強(qiáng)度。

4、將復(fù)合材料開孔板的纖維沿著孔周曲線鋪放，能夠降低結(jié)構(gòu)的重量，以及降低孔邊區(qū)域應(yīng)力集中程度，提高復(fù)合材料開孔板的承載效率。

5、基于理想流體圓柱繞流的流線方程，對復(fù)合材料開孔板孔周纖維鋪放軌跡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可顯著提升開孔板的承載效率，而連續(xù)纖維3d打印技術(shù)的發(fā)展使得該開孔板的制造成為可能。

6、為保證制造可行性，一般的3d打印設(shè)備除了需要纖維打印路徑連續(xù)外，還有最小打印間距要求。如果打印路徑間距太小，會(huì)導(dǎo)致纖維束大量重疊，不滿足表面平整要求；如果打印路徑間距太大，會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料纖維體積含量減少，降低結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。因此，應(yīng)用連續(xù)纖維3d打印技術(shù)該開孔板進(jìn)行制造，需要對設(shè)計(jì)優(yōu)化的纖維打印路徑進(jìn)一步規(guī)劃，鑒于此，提出本技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種復(fù)合材料開孔板連續(xù)纖維3d打印路徑規(guī)劃方法，針對基于理想流體圓柱繞流的流線方程優(yōu)化設(shè)計(jì)的開孔板，對纖維打印路徑進(jìn)行規(guī)劃。

2、本技術(shù)的技術(shù)方案是：

3、一種復(fù)合材料開孔板連續(xù)纖維3d打印路徑規(guī)劃方法，包括：

4、步驟一、基于開孔板的長度、寬度，確定打印區(qū)域尺寸，包括打印區(qū)域長度、寬度；

5、步驟二、以均勻流線流速方向?yàn)檩S方向，定義局部坐標(biāo)系；

6、步驟三、在局部坐標(biāo)系下，確定打印區(qū)域x'軸上半平面；

7、步驟四、將打印區(qū)域x'軸上半平面分為流線與孔周不相交區(qū)域、流線與孔周相交區(qū)域、流線與x'軸重合區(qū)域；

8、步驟五、根據(jù)打印連續(xù)性及其最小打印間距要求，對打印區(qū)域x'軸上半平面，依次確定流線與孔周不相交區(qū)域、流線與孔周相交區(qū)域、流線與x'軸重合區(qū)域的纖維打印路徑；

9、步驟六、基于打印區(qū)域x'軸上半平面的纖維打印路徑，以原點(diǎn)對稱，得出打印區(qū)域x'軸下半平面的纖維打印路徑。

10、可選的，上述的復(fù)合材料開孔板連續(xù)纖維3d打印路徑規(guī)劃方法中，步驟一中有：

11、；

12、其中，為開孔板四周預(yù)留加工余量。

13、可選的，上述的復(fù)合材料開孔板連續(xù)纖維3d打印路徑規(guī)劃方法中，開孔板四周預(yù)留加工余量取20mm。

14、可選的，上述的復(fù)合材料開孔板連續(xù)纖維3d打印路徑規(guī)劃方法中，步驟四具體為：

15、計(jì)算總體坐標(biāo)系下打印區(qū)域左上角點(diǎn)，在局部坐標(biāo)系下，所在流線的位置常數(shù)：

16、；

17、計(jì)算局部坐標(biāo)系下流線與孔周切點(diǎn)坐標(biāo)所在流線的位置常數(shù)：

18、；

19、計(jì)算局部坐標(biāo)系下原點(diǎn)坐標(biāo)所在流線的位置常數(shù)：

20、；

21、以流線位置常數(shù)，在的區(qū)域，作為流線與孔周不相交區(qū)域；在的區(qū)域，作為流線與孔周相交區(qū)域；在的區(qū)域，作為流線與x'?軸重合區(qū)域；

22、其中，局部坐標(biāo)系能夠由總體坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)得到，旋轉(zhuǎn)角度為纖維軌跡參數(shù)中的偏轉(zhuǎn)角度。

23、可選的，上述的復(fù)合材料開孔板連續(xù)纖維3d打印路徑規(guī)劃方法中，步驟五中，對打印區(qū)域x'?軸上半平面，確定流線與孔周不相交區(qū)域的纖維打印路徑，包括：

24、s511、取第1條流線的位置常數(shù)為，寫出第1條流線方程；

25、s512、確定第1條流線方程穿過打印區(qū)域的橫坐標(biāo)區(qū)間；

26、s513、將第1條流線的橫坐標(biāo)區(qū)間等分，等分間隔不大于最小打印距離，得到第1條流線的橫坐標(biāo)，進(jìn)而得到第1條流線的縱坐標(biāo)，生成第1條流線坐標(biāo)，得到第1條流線的纖維打印路徑，具體為：

27、計(jì)算；

28、其中，為第1條流線的橫坐標(biāo)區(qū)間的等分點(diǎn)個(gè)數(shù)；為向下取整函數(shù)；為第1條流線的橫坐標(biāo)區(qū)間的等分間隔；

29、計(jì)算第1條流線的橫坐標(biāo)：

30、；

31、將第1條流線的橫坐標(biāo)帶入第1條流線方程得到第1條流線的縱坐標(biāo)；

32、將第1條流線的橫坐標(biāo)加入纖維打印路徑橫坐標(biāo)序列，以及將第1條流線的縱坐標(biāo)加入纖維打印路徑縱坐標(biāo)序列；

33、s514、令=0，=1；

34、s515、計(jì)算第條流線的位置常數(shù)，其中，為指定位置常數(shù)增量；若，則進(jìn)行s516，若，則終止進(jìn)行；

35、s516、計(jì)算第條流線與第條流線的最小距離；若，則進(jìn)行s517，若，則將的值加1，返回s515；

36、s517、取第條流線的位置常數(shù)，寫出第條流線方程；

37、s518、確定第條流線方程穿過打印區(qū)域的橫坐標(biāo)區(qū)間；

38、s519、將第條流線的橫坐標(biāo)區(qū)間等分，等分間隔不大于最小打印距離，得到第條流線的橫坐標(biāo)，進(jìn)而得到第條流線的縱坐標(biāo)，生成第條流線坐標(biāo)，得到第條流線的纖維打印路徑，具體為：

39、計(jì)算；

40、其中，為第條流線的橫坐標(biāo)區(qū)間的等分點(diǎn)個(gè)數(shù)；為第條流線的橫坐標(biāo)區(qū)間的等分間隔；

41、計(jì)算第條流線的橫坐標(biāo)：

42、；

43、為第條流線最后坐標(biāo)點(diǎn)在纖維打印路徑橫坐標(biāo)序列的中的腳標(biāo)；

44、；

45、其中，為第條流線的橫坐標(biāo)區(qū)間的等分點(diǎn)個(gè)數(shù)；

46、將第條流線的橫坐標(biāo)帶入第條流線方程，得到第條流線的縱坐標(biāo)；

47、將第條流線的橫坐標(biāo)加入纖維打印路徑橫坐標(biāo)序列，以及將第條流線的縱坐標(biāo)加入纖維打印路徑縱坐標(biāo)序列；

48、s519、將的數(shù)值加1，返回s514。

49、可選的，上述的復(fù)合材料開孔板連續(xù)纖維3d打印路徑規(guī)劃方法中，x'?軸上半平面流線與孔周不相交區(qū)域的流線記為條，第條流線的位置常數(shù)為，最后一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)在纖維打印路徑橫坐標(biāo)序列的中的腳標(biāo)為：

50、；

51、步驟五中，對打印區(qū)域x'?軸上半平面，確定流線與孔周相交區(qū)域的纖維打印路徑，包括：

52、s521、計(jì)算流線與孔周相交區(qū)域的流線條數(shù)及間隔：

53、；

54、s522、令；

55、s523、取第條流線的位置常數(shù)，寫出第條流線方程；

56、s524、確定第條流線方程穿過打印區(qū)域的橫坐標(biāo)區(qū)間；

57、s525、將第條流線的橫坐標(biāo)區(qū)間等分，等分間隔不大于最小打印距離，得到第條流線的橫坐標(biāo)，進(jìn)而得到第條流線的縱坐標(biāo)，生成第條流線坐標(biāo)，得到第條流線的纖維打印路徑，具體為：

58、計(jì)算；

59、其中，為第條流線的橫坐標(biāo)區(qū)間的等分點(diǎn)個(gè)數(shù)；為第條流線的橫坐標(biāo)區(qū)間的等分間隔；

60、第條流線最后坐標(biāo)點(diǎn)在纖維打印路徑橫坐標(biāo)序列的中的腳標(biāo)為，根據(jù)的正負(fù)性，計(jì)算第條流線的橫坐標(biāo)；

61、將第條流線的橫坐標(biāo)帶入第條流線方程得到第條流線的縱坐標(biāo)；

62、將條流線的坐標(biāo)中，處在孔內(nèi)的部分刪除；

63、將第條流線的橫坐標(biāo)加入纖維打印路徑橫坐標(biāo)序列，以及將第條流線的縱坐標(biāo)加入纖維打印路徑縱坐標(biāo)序列；

64、s525、若，則令加1，返回s523。

65、可選的，上述的復(fù)合材料開孔板連續(xù)纖維3d打印路徑規(guī)劃方法中，x'?軸上半平面流線與孔周不相交區(qū)域、流線與孔周相交區(qū)域的流線共有條，最后一個(gè)點(diǎn)在纖維打印路徑橫坐標(biāo)序列的中的腳標(biāo)為；

66、步驟五中，對打印區(qū)域x'?軸上半平面，確定流線與x'?軸重合區(qū)域的纖維打印路徑，包括：

67、s531、取第條流線的位置常數(shù)，寫出第條流線方程；

68、s532、確定第條流線方程穿過打印區(qū)域的橫坐標(biāo)區(qū)間；

69、s533、將第條流線的橫坐標(biāo)區(qū)間等分，等分間隔不大于最小打印距離，得到第條流線的橫坐標(biāo)，進(jìn)而得到第條流線的縱坐標(biāo)，生成第條流線坐標(biāo)，得到第條流線的纖維打印路徑，具體為：

70、計(jì)算；

71、其中，為第條流線的橫坐標(biāo)區(qū)間的等分點(diǎn)個(gè)數(shù)；為第條流線的橫坐標(biāo)區(qū)間的等分間隔；

72、計(jì)算第條流線的橫坐標(biāo)：

73、；

74、將第條流線的橫坐標(biāo)帶入第條流線方程得到第條流線的縱坐標(biāo)；

75、將第條流線的橫坐標(biāo)加入纖維打印路徑橫坐標(biāo)序列，以及將第條流線的縱坐標(biāo)加入纖維打印路徑縱坐標(biāo)序列。

76、可選的，上述的復(fù)合材料開孔板連續(xù)纖維3d打印路徑規(guī)劃方法中，最小打印距離取1mm。

77、本技術(shù)至少存在以下有益技術(shù)效果：

78、提供一種復(fù)合材料開孔板連續(xù)纖維3d打印路徑規(guī)劃方法，針對基于理想流體圓柱繞流的流線方程優(yōu)化設(shè)計(jì)的開孔板，對纖維打印路徑進(jìn)行規(guī)劃，使得纖維打印路徑連續(xù)，且使得纖維打印路徑間距在保證最小打印間距的基礎(chǔ)上盡可能小，從而既滿足制造可行性要求，又能充分提升開孔板的力學(xué)性能。