复合材料自动铺放CADCAM软件技术
复合材料构件手工成型时，根据铺放形面特征和预浸带宽度经剪裁后通过手工铺叠到模具表面完成复合材料构件的成型制造，其生产效率低、废料率高、产品质量也难以保证。自动铺放技术（包括自动铺带技术和自动铺丝技术）利用专用铺放设备，采用数控技术，实现了铺叠的自动化和预浸带剪裁的自动化，突破了大型复合材料构件手工成型难以克服的瓶颈，具有高效、高质、高精度和高可靠性的优点，已广泛应用于大型飞机、运载火箭等各类航空航天飞行器中多种结构部件的制造，成为发达国家航空航天工业领域中大型复合材料构件的典型制造工艺（如图1所示）。
方向性要求：纤维铺放方向必须满足复合材料结构铺层设计方向。复合材料既是一种材料也是一种结构，其突出优点之一是性能的可设计性，不同的铺层方向与铺层形式可以形成不同性能的复合材料。因此，按结构工艺设计要求的纤维方向进行铺放是实现结构设计要求的基础，也是设计铺放轨迹规划算法的基本准则。
可铺性要求：铺放过程中预浸料不褶皱、不撕裂。自动铺放技术采用一定宽度的预浸带：自动铺带技术采用75/150/300mm等3种宽度的预浸带，自动铺丝技术采用3.2/6.4/12.7mm 等3种宽度的窄带。预浸带可变形范围很小，复杂曲面铺叠时只能沿特定的轨迹，否则会导致褶皱或撕裂，继而影响构件的铺放质量，甚至导致铺放过程无法顺利进行（如图2所示）。在复杂曲面构件自动铺放轨迹规划时，其算法必须根据构件曲面外形综合考虑预浸帯在铺放过程中的变形因素。
间隙质量要求：单层铺放时满足间隙容差设计要求，满覆盖、不重叠。自动铺放时，由于构件形面的复杂性，按照一定算法求解所形成的铺放轨迹并不一定能保证铺放轨迹中心线间的
距离保持恒定，间隙可能过小或过大，如不进行适当处理，将导致材料局部重叠或空缺（如图3所示），从而降低制造精度，影响构件性能。
经济性要求：在满足上述要求的基础上尽可能节约材料、降低成本，提高效率。根据铺放轨迹并按照铺放构件曲面边界特性进行预浸带边界形状规划，生成预浸带切割与预浸带输送（自动铺带）或丝束增减切断（自动铺丝）的特殊指令代码，同时根据铺叠顺序进行整合优化，降低成本，提高效率。如图4所示为自动铺带中预浸带切割示意图。
完善的自动铺放CAD/CAM软件主要包括如下几个功能模块，其软件流程图如图5所示：（1）轨迹规划：根据输入的预浸带（料）铺放工艺信息（如预浸带带宽、预浸纱丝宽、横向最大可变性度等）、构件外形曲面几何信息特性和机器特性信息（最大可铺放丝束数等），按照构件加工信息（如铺放方向、铺叠顺序和铺放层数等）建立相应的规划算法，生成自动铺放轨迹中心线；（2）覆盖性分析：根据输入的设计铺放间隙容差和相邻轨迹中心线在曲面上距离，构造相应的算法进行覆盖性判断与处理，完成带形切割或丝束增减判定，实现对模具的满铺叠；（3）边界处理：根据构件内外边界的几何信息和自动铺放设备的工作特性，建立相应的算法，完成预浸带的切割（自动铺带）或丝束增减（自动铺丝），以实现复合材料剪裁的自动化、数字化；（4）基于Fiber steer的结构优化：结合变刚度复合材料设计理论，采取连续变角度铺放，满足构件在不同方向上的承载要求，实现按结构设计要求的纤维分布，充分发挥材料效率，进一步减轻结构重量，降低复合材料制造成本；（5）铺层仿真技术：由于铺放过程的复杂性，软件的人工交互不可或缺。提供一定设计规划中的人机交互，也是软件灵活性的重要体现。根据修改后的数据，采取相应的可视化技术，完成针对某铺层的轨
迹及带形仿真，以便使用者对前述功能的有效性、正确性做出初步判断；（6）后置处理：根据铺放设备的机器特性和工作模式，将轨迹规划生成轨迹中心线离散数据、覆盖性分析所生成的丝束增减数据、边界处理所生成的预浸带切割（增减）数据通过坐标转换与坐标分解生成可供专用铺放设备进行生成的NC 代码；（7）铺层代码合成：为了减少构件多层铺放过程中的无效过程，降低成本，提高铺放效率，将多个单层铺放的NC代码进行整合优化；（8）干涉与避碰检验：利用计算机三维图形技术，通过布尔运算判断机器是否干涉，通过对NC代码的调整（主要是人工交互）实现避碰；（9）加工仿真：根据前述步骤生成的NC 代码，利用计算机三维图形技术对整个加工过程进行仿真，供使用者对所生产NC代码进行最终效验。
自动铺放CAD/CAM软件技术的发展
西方发达国家经过几十年的研究，特别是随着专业软件开发商的加入，已经开发了多套商用自动铺放CAD/CAM软件并形成了完备的复合材料设计制造解决方案。1987年，美国的H.W.Lewis等首次提出了“自然路径”（Natural Path）的概念以保证预浸带在自动铺放过程中变形最小，建立了通过将xoy平面中获得的初始点和由铺放角度计算得到的初始方向投影到曲面，再利用多次投影进行近似求解“自然路径”的轨迹规划算法。在该专利的基础上，美国Cincinnati公司于1989年开发了ACES（Advanced CompositesEnvironment Software）离线编程与仿真软件系统，ACES系统将“自然路径”算法应用于自动铺丝轨迹规划，形成了用于自动铺带的ACRAPATH模块和用于自动铺丝的ACRAPLACE模块，具有CATIA V5模型数据的导入、轨迹规划、后置处理、加工仿真和NC代码生成等功能，并成功应用于长度为4.21m的美国V-22“鹗”式军用飞机后机身复合材料结构件的制造，通过轨迹优化减少劳动力53%，废料率降低了90%。随后，日本的N.Shinno等于1991年提出了利用四边形网格化曲面，通过求解给定初始点和初始方向的测地线迭代算法进行轨迹规划，提高了“自然路径”轨迹规划算法的精度和效率。
此外，针对自动铺丝技术的特性，美国的Waldhart等提出了根据相邻铺层角度构造分段函数的方法求得初始参考线，再按初始参考线法线方向投影作等距平移得到参考线族进行自动铺丝轨迹规划的方法；Hale等在此基础上开展了以0°轨迹为基础构造分段曲线再拟合得到初始参考线的研究工作；Shirinzaden等提出了利用特征平面与铺放曲面的交线作为初始参考线的方法。
目前，自动铺丝常见的轨迹规划方法包括：根据初始参考线在曲面上进行等距平移法（Parallel Path）、与某一参考轴线成固定角度规划法（FixedFiber Orientation Path）、针对回转体环向铺放的等距螺旋法（基于缠绕技术）和给定点纤维方向进行轨迹规划（基于变刚度铺放理论）等4种方法。在上述算法的基础上，专业软件开发商结合自身软件产品与设备制造商联合开发了商用自动铺放CAD/CAM软件。如美国VISTAGY公司的FiberSIM 软件（如图6所示）提供了多种复合材料设计制造解决方案。其中Tape Laying Interface 模块用于自动铺带，Fiber Placement Interface模块用于自动铺丝。该软件可读取CATIA、UG、Pro/E 等通用CAD/CAM/CAE软件文件中构件几何信息以及构件模具面、层位置和边界信息等，准确生成满足铺层边界要求的平面展开图样，根据设计要求自动生成NC加工代码文件，还可以完成复合材料部件的可制造性评估，精确模拟纤维的材料特性，完成复合材料部件的分析、设计和制造，将层合板的设计信息与有限元分析软件和制造设备形成无缝连接，可实现设计制造过程一体化、自动化，降低制造成本。
美国CGTech公司在原有数控加工仿真软件VERICUT的基础上开发了独立于CNC机床环境的自动铺带和自动铺丝的离线NC 编程及仿真软件VCP & VCS(VERICUT Composite Programming and Simulation) 软件，该软件可读取CAD文件中的曲面模型和铺层边界信息，生成铺放轨迹，整合单层轨迹，进行铺层顺序优化。生成NC代码，同时提供了通用CAD/CAM软件接口，能实现CATIA、UG、MasterCAM等软件的嵌入运行。AFPT/Koeirit 公司即采用该软件用于热塑性铺带系统的开发。
2004年，空中客车公司（AIRBUS）与法国纯粹和应用数学中心（CIMPA）以航空航天领域广泛采用的CAITA V5软件为平台，基于CATIA CAA V5技术联合开发了自动铺带CAD/CAM的TapeLay软件。高刚性的床体结构刀具结构与几何形状https://www.wendangku.net/doc/7b2808728.html,/zyzs/365.html
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纳米金刚石的复合镀纳米金刚石用于医疗https://www.wendangku.net/doc/7b2808728.html,/该软件可直接集成到CAITA V5系列软件中，包括自动铺带CAD部分的Tape Generation模块和CAM部分
的Tape Manufacturing模块。TapeGeneration模块直接获取CATIA CPD（Composite Design）模块的铺层设计数据，完成铺层展开、轨迹规划、带形切割设计、实时三维仿真等步骤；TapeManufacturing模块则主要针对法国Forest Line公司的一步法铺带机、两步法铺带机和双工位铺带机生成相应的加工NC代码。该软件已成功应用于法国Rafale战斗机机翼蒙皮的制造，西班牙M-Torres公司也采用了该软件用于自动铺放设备的开发，美国Ingersoll公司则开发了同样基于CATIA CAA V5技术的自动铺丝CAD/CAM软件ICPS （Ingersoll Composite Programming System）软件。
国内自动铺放CAD/CAM软件技术的研究现状
由于相关技术封锁，加之缺乏相应的工艺技术和装备条件，国内目前尚未拥有商用的自动铺放CAD/CAM软件，相关技术仍处于积极探索研究之中。目前，报道可见的自动铺放CAD/CAM技术研究主要集中在轨迹规划和加工仿真的基础理论，对于自动铺放CAD/CAM 技术后续模块功能及整体设计的研究鲜有报道。
南京航空航天大学从平面、可展曲面简单复合材料构件的自动铺带入手，积极开展自动铺放研究工作。如胡翠玲等通过微分几何原理证明了可展曲面上“自然路径”与测地线的等价性；臧建峰等在此基础上研究了平面、简单可展曲面（如圆柱、圆锥面）的自动铺带问题，研究分析了自动铺带工艺过程并基于AutoCAD通用CAD平台完成了自动铺带CAD/CAM软件开发的探索工作；渠涛等开展了开孔圆柱两步法自动铺带轨迹规划和仿真的探索工作；王升等针对自动铺带“自然路径”规划算法数学模型和近似计算误差分析等问题中，提出了基于测地坐标系的“自然路径”轨迹规划方法并利用龙格—库塔法数值求解“自然路径”轨迹规划算法中两点间的测地线问题；罗海燕等受四边形网格化求解“自然路径”的启发，利用STL文件对自由曲面进行三角网格划分，并平移轨迹中心线形成参考线的方法处理“奇异点”问题。
目前，自动铺丝技术的研究主要集中在根据初始参考线在曲面上做等距平移进行轨迹规划和与某一参考轴线成固定角度进行轨迹规划。构造合适的初始参考线，建立适当的曲面平移方法和求取合适的参考轴线并构造曲面上与该参考轴线成固定角度的迭代格式成为了国内研究的热点。如李善缘等提出由一组数据点拟合样条曲线正交投影到铺放曲面作为初始参考线的方法；党旭丹等开展了基于测地线的平行等距规划算法的研究工作，提出利用测地线偏移初始参考线，概念明晰但计算量甚大难以实际应用；林福建等探索了利用三角面片进行曲面离散、按与参考轴线成固定角度的方法进行轨迹规划；王念东等研究了管状构件的规划方法，利用分片圆切法求得关键点构造控制母线后，通过插值法求出所有控制母线作为参考轴线并按与参考轴线成固定角度的方法生成轨迹，并对可能出现的覆盖性分析问题进行了讨论，探索了覆盖性分析算法；周燚等提出了基于芯模中心轴线求得参考轴线，按与该参考轴线成固定角度的封闭曲面轨迹规划算法，并利用等距点的投影插值求出等距线，根据当前铺丝路径上各点与等距线的距离关系进行覆盖性分析；邵冠军等提出了按构件主应力的大小和方向构造基于等距线和等分点的轨迹规划设想，但实际结构均以多向层合板形式出现，层合板中每一铺层的应力状态与刚度分配有关、不能预先设定，主应力方向与铺层纤维方向未必一致。
自动铺放CAD/CAM软件技术的展望
自动铺放CAD/CAM软件技术是实现复合材料构件自动化制造的关键技术，软件功能将直接影响复合材料构件的制造效率和产品质量，材料工艺技术和装备技术研究的深入对自动铺
放CAD/CAM软件技术提出了更高的要求。研究面向自动铺放技术的复合材料结构设计方法已成为自动铺放CAD/CAM软件技术的研究热点：针对采用自动铺放技术制造复合材料结构所带来的结构变刚度的特征，开展自动铺放复合材料变刚度理论、自动铺放复合材料结构优化设计及其轨迹规划设计算法的研究工作，进一步发挥材料效率，降低复合材料构件的成本。利用通用有限元分析软件进行二次开发，将自动铺放CAD/CAM软件与复合材料自动铺放性能评价结合起来，实现自动铺放CAD/CAM/CAE一体化，充分发挥复合材料结构功能一体化和设计制造一体化的特点，也将是今后研究的重点。(end)
复合材料自动铺带技术现状与研究进展
第27卷第4期2011年8月机械设计与研究 Machine Design and Research Vol．27No．4Aug．，2011 收稿日期：2011－03－11 基金项目：国家自然科学基金资助优秀创新研究群体项目（50821003） 文章编号：1006- 2343（2011）04-060-06复合材料自动铺带技术现状与研究进展 姚俊1，孙达2，姚振强3，张普3，张满朝3，史瑞航 3 （1．上海电气集团股份有限公司中央研究院，上海200023， E-mail ：zhe@sjtu．edu．cn ；2．上海重型机床厂有限公司上海200245； 3．上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海200240） 摘要：复合材料已成为新一代飞机机体的主体结构材料，复合材料低成本制造技术是目前国际复合材 料技术领域的核心问题之一， 自动铺带技术作为复合材料成型自动化的典型代表，已成为飞机复合材料翼面壁板技术的标准，大飞机项目已经立项，自动铺带技术必将成为我国提高飞机复合材料用量的一项关键技术。本 文对自动铺带装备的基本构成、 铺放工艺原理与自动铺放技术的发展历程、工业应用现状、发展趋势进行了较全面的介绍与讨论， 最后展望了自动铺带技术在我国的发展前景。关键词：复合材料；自动铺带；铺带头中图分类号：TP273文献标识码：A Current Situation and Research Progress of Automated Tape-Laying Technology for Composites YAO Jun 1，SUN Da 2，YAO Zhen-qiang 3，ZHANG Pu 3，ZHANG Man-chao 3，SHI Rui-hang 3 （1．Shanghai Electric Group Co．，Ltd．，Central Academe ，Shanghai 200023，China ；2．Shanghai Heavy Duty Machine Tool Works Co．，Ltd．，Shanghai 200245，China ； 3．The State Key Lab of Mechanical System and Vibration ，Shanghai Jiao Tong University ，Shanghai 200240，China ） Abstract ：Composites have become the main structure materials of the new generation of aircraft ，low-cost composites manufacturing technology is one of the core issues in the field of international composites technology ，as one typical representative of composites molding automation technologies ，automated tape-laying （ATL ）technology has become a technical standard for composite wing panel．The large aircraft project has been approved ，and automated tape-laying technology will be a key technology to improve the application in aircraft composites．In this paper ，basic composition ，laying process principle ，industrial application ，development course and trend of ATL is fully introduced and discussed．Finally the development outlook of ATL technology in China is prospected． Key words ：composites ；automated tape-laying ；tape laying head 先进树脂基复合材料具有轻质、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性和工艺性好等特点，尤其适用于大型结构及整体结构，是理想的航空结构材料，其在飞机上的用量日益增多，应用范围也从次承力结构（舱门、整流罩、安定面等）扩展到主承力结构（机翼、机身等），国外四代机的复合材料用量占结构重量的24% 40%， A380超过20%，B787达50%，目前，复合材料已成为新一代飞机机体的主体结构材料 ［1－5］ 。复合材料低成本制造技术是目前国际复合材料技术领域的核心问题之一，包括材料技术低成本、设计技术低成本和制造技术低成本；涉及多种复合材料成型技术，如缠绕成型、铺放成型（铺带、铺丝）、拉挤、编织、缝合和树脂传递模塑成型（RTM ）等等。自1985年至今，降低成本的结构设计/材 料/制造一体化技术和成形工艺技术一直是复合材料低成本制造技术的研究重点，而自动化成型技术是将结构设计、材料和制造连为一体的纽带和桥梁，不仅大大提高了复合材料构件的生产效率，降低了生产成本，而且通过对成型工艺参数和技术指标的精确控制，极大提高了复合材料构件质量的可靠性和稳定性，实现了CAD /CAM /CAE 技术在复合材料制造领域的应用和发展，并为复合材料构件制造系统的整体优化奠定了基础 ［5－12］ 。 自动铺带技术是复合材料成型自动化的典型代表，集机电装备技术、CAD /CAM 软件技术和材料工艺技术于一体，其具有高效、高质量、高可靠性、低成本的特点，主要用于平面型或低曲率的曲面型构件，或者说准平面型复合材料构件的层铺制造，特别适合大尺寸和复杂构件的制造，减少了拼装零件的数目，节约了制造和装配成本，极大地降低了材料的废品率和制造工时。
各大仿真软件介绍
各大仿真软件介绍（包括算法，原理） 随着无线和有线设计向更高频率的发展和电路复杂性的增加，对于高频电磁场的仿真，由于忽略了高阶传播模式而引起仿真的误差。另外，传统模式等效电路分析方法的限制，与频率相关电容、电感元件等效模型而引起的误差。例如，在分析微带线时，许多易于出错的无源模式是由于微带线或带状线的交叉、阶梯、弯曲、开路、缝隙等等，在这种情况下是多模传输。为此，通常采用全波电磁仿真技术去分析电路结构，通过电路仿真得到准确的非连续模式S参数。这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的，不同的仿真软件是根据不同的数值分析方法来进行仿真的。通常，数值解法分为显示和隐示算法，隐示算法（包括所有的频域方法）随着问题的增加，表现出强烈的非线性。显示算法（例如FDTD、FIT方法在处理问题时表现出合理的存储容量和时间。本文根据电磁仿真工具所采用的数值解法进行分类，对常用的微波EDA仿真软件进行论述。2．基于矩量法仿真的微波EDA仿真软件基于矩量法仿真的EDA 软件主要包括A D S（Advanced Design System）、Sonnet电磁仿真软件、IE3D和Microwave office。 2.1ADS仿真软件Agilent ADS(Advanced Design System)软件是在HP EESOF系列EDA软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件，是美国安捷伦公司开发的大型综合设计软件，是为系统和电路工程师提供的可开发各种形式的射频设计，对于通信和航天／防御的应用，从最简单到最复杂，从离散射频／微波模块到集成MMIC。从电路元件的仿真，模式识别的提取，新的仿真技术提供了高性能的仿真特性。该软件可以在微机上运行，其前身是工作站运行的版本MDS（Microwave Design System）。该软件还提供了一种新的滤波器的设计引导，可以使用智能化的设计规范的用户界面来分析和综合射频／微波回路集总元滤波器，并可提供对平面电路进行场分析和优化功能。它允许工程师定义频率范围，材料特性，参数的数量和根据用户的需要自动产生关键的无源器件模式。该软件范围涵盖了小至元器件，大到系统级的设计和分析。尤其是其强大的仿真设计手段可在时域或频域内实现对数字或模拟、线性或非线性电路的综合仿真分析与优化，并可对设计结果进行成品率分析与优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率，使之成为设计人员的有效工具[6-7]。2.2Sonnet仿真软件Sonnet是一种基于矩量法的电磁仿真软件，提供面
复合材料预浸料自动铺带成型适宜性研究
第３１卷 第２１期 ２００９年１１月武 汉 理 工 大 学 学 报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＷＵＨＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．３１ Ｎｏ．２１ Ｎｏｖ．２００９ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－４４３１．２００９．２１．０１２ 复合材料预浸料自动铺带成型适宜性研究 蒋诗才，邢丽英，陈祥宝 （北京航空材料研究院，北京１０００９５） 摘 要： 为考察不同耐温等级复合材料预浸料自动铺带工艺适宜性，研究了不同环氧及双马树脂体系预浸料的室温粘性，并给出预浸料分级的评分方法。结果表明：低温环氧ＬＴ０３Ａ／Ｔ７００、中温环氧３２３４／Ｔ７００、高温环氧５２２８Ａ／Ｔ７００为１级，适合室温自动铺带成型工艺；低温环氧ＬＴ０３／Ｔ７００、高温环氧５２２８／Ｔ７００、双马５４２９／Ｔ７００为２级不适合室温自动铺带成型工艺。对确定的预浸料体系自动铺带工艺适宜性方法进行了自动铺放工艺验证，证明预浸料体系自动铺带工艺适宜性的判定方法是有效的。 关键词： 预浸料； 粘性； 自动铺带； 成型适应性 中图分类号： Ｖ２５４．１１文献标识码： Ａ文章编号：１６７１－４４３１（２００９）２１－００４４－０４ ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭｏｌｄｉｎｇＳｕｉｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＰｒｅｐｒｅｇＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒＡｕｔｏｍａｔｅｄＴａｐｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＪＩＡＮＧＳｈｉ－ｃａｉ，ＸＩＮＧＬｉ－ｙｉｎｇ，ＣＨＥＮＸｉａｎｇ－ｂａｏ （ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｆｏｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅｍｏｌｄｉｎｇｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｅｖｅｌｓｐｒｅｐｒｅｇｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｉｔｈａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅｐｒｅｐｒｅｇｖｉｓｃｏｓｉｔｉｅｓａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｐｏｘｙａｎｄｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ（ＢＭＩ）ｒｅｓｉｎｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄａｓｃｏｒｅｆｏｒｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｐｒｅｇｍｅｔｈｏｄｗａｓａｐｐｒｏｖｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔ，ＬＴ０３Ａ／Ｔ７００ｗｉｔｈｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａ－ｔｕｒｅ，３２３４／Ｔ７００ｗｉｔｈｍｉｄｄｌｅ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｐｏｘｙ，５２２８Ａ／Ｔ７００ｗｉｔｈｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｐｏｘｙｉｓｃｌａｓｓｉｆｉｅｄａｓ１－ｌｅｖｅｌａｎｄｉｓｓｕｉｔ－ａｂｌｅｔｏａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｈｉｌｅＬＴ０３／Ｔ７００ｗｉｔｈｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｐｏｘｙ，５２２８／Ｔ７００ｗｉｔｈｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｐｏｘｙ，ＢＭＩ５４２９／Ｔ７００ａｒｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄａｓ２－ｌｅｖｅｌａｎｄｉｓｕｎｓｕｉｔａｂｌｅｔｏａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｐｒｏｃｅｓｓａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａ－ｔｕｒｅ．Ｔｈｅｐｒｅｐｒｅｇｍｏｌｄｉｎｇｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｆｉｒｍｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｃｏｒｅｆｏｒｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｐｒｅｐｒｅｇ； ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ； ａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ； ｍｏｌｄｉｎｇｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ 收稿日期：２００９－０６－１５．作者简介：蒋诗才（１９７３－），男，工程师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉ０３２４＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ自动铺带（ＡｕｔｏｍａｔｅｄＴａｐｅ）成型以有隔离背衬纸的单向预浸带为原料，在铺带头中完成预定边界形状切割，然后在压辊作用下按设计轨迹直接铺叠到模具表面。有研究表明［１］，手工铺叠复合材料效率为３磅／ｈ，而自动铺带技术能达到１５～３０磅／ｈ；手工铺叠复合材料废料量为１５％～２０％，而自动铺带技术只有５％左右。还有研究表明，利用自动铺带技术制备的复材料构件具有尺寸精度较高，内应力低等特点，是提高复合材料性能的一个重要途径。 从上世纪８０年代起，已应用自动铺带机生产了军机如Ｂ１和Ｂ２轰炸机的机翼蒙皮；近年来用于ＮａｖｙＡ６轰炸机机翼、Ｆ２２战斗机机翼和波音７７７飞机机翼、水平和垂直安定面蒙皮。Ｖｏｕｇｈｔ飞机公司应用自动铺带机生产包括军用Ｃ－１７运输机的水平安定面蒙皮、全球鹰ＰＱ－４Ｂ大展弦比机翼，以及波音公司应用
国内外复合材料自动化成型设备的发展趋势
国内外复合材料自动化成型设备的发展趋势目前，飞机复材构件的自动化成型工艺主要包括纤维缠绕、纤维带铺放和纤维丝铺放3种类型。其中，纤维缠绕技术是最早开发并广泛使用的加工技术，亦是最成熟的生产技术。所谓纤维缠绕成型工艺，就是将浸过树脂的连续纤维，按照一定规律缠绕到芯模上并层叠至所需的厚度，然后在加热或常温条件下固化、脱模，获得一定形状制品的工艺方法。自动铺带技术采用有隔离衬纸的单向预浸带，在铺带头中完成预定形状的切割、定位，加热后按照一定设计方向在压辊作用下，直接铺叠到曲率半径较大且变化较缓的模具表面。铺带机多采用龙门式结构，其核心部件是铺带头，须完成超声切割、夹紧、衬纸剥离和张力控制等功能。铺丝技术综合了自动铺带和纤维缠绕技术的优点，由铺丝头将数根预浸纱在压辊下集束成为一条由多根预浸纱组成的宽度可变的预浸带后铺放在芯模表面，经过加热软化后压实定型。铺丝技术适用于曲率半径较小的曲面产品表面制备，铺设时没有皱褶，无须作剪裁或其他处理。铺丝可以代替铺带，相对于铺带，它的成本较高、效率也低一些，但复杂的曲面表面必须用铺丝工艺完成。 在航空制造业，纤维缠绕技术主要用于雷达罩、发动机机匣、燃料储箱、飞机副油箱和过滤器等零部件的成型，现代大型喷气客机(如波音747等)上众多的高压气瓶都是用玻璃纤维复合材料缠绕成型的，它们为飞机提供了不可缺少的气动控制动力源。 纤维带铺放技术制造的飞机复材构件典型的有飞机机翼蒙皮、垂/平尾蒙皮、翼肋、方向舵和升降舵等。F-22战斗机机翼和波音777
飞机机翼、水平和垂直安定面蒙皮、C-17运输机的水平安定面蒙皮、全球鹰RQ-4B大展弦比机翼、787机翼、A330和A340水平安定面蒙皮、A340尾翼蒙皮以及A380的安定面蒙皮和中央翼盒等，均采用铺带工艺成型。 铺丝技术的典型应用包括S形进气道、中机身翼身融合体蒙皮直至带窗口的曲面等。首先应用自动铺放技术的是波音直升机公司，它研制了V-22倾转旋翼飞机的整体后机身。在第4代战斗机的典型应用包括S形进气道和机身，F35的中机身翼身融合体蒙皮。在商用飞机方面有Premier I和霍克商务机的机身部件、大型客机波音747及波音767客机的发动机进气道整流罩试验件和波音787机身则全部采用复合材料自动铺丝技术分段整体制造等，自动铺放技术的应用大大简化了制造工艺，带来了航空制造技术的变革。 一、纤维缠绕成型设备的发展现状 20世纪40年代中期，国际上正式提出了纤维缠绕技术的概念。60年代初期，出现第一代机械式纤维缠绕机，其控制系统是由皮带、齿轮、滑轮和链条等组成的机械系统。1973年Entec公司开发了第一台微处理器控制的纤维缠绕机。1976年第一个商业化标准的缠绕机型号McClean Anderson 60型投放市场。80～90年代，更多的计算机技术投入到缠绕机的开发当中，新一代微机控制纤维缠绕机开始研制。英国的Pultrex有限公司采用通用数控系统成功开发了四轴联动纤维数控缠绕机。当时，每台缠绕机的硬件部分都必须包括计算机和运动控制卡，机床的速度控制得到了极大改善，计算机控制系统能够
浅谈复合材料自动铺带机的系统控制
浅谈复合材料自动铺带机的系统控制 发表时间：2019-08-05T09:13:13.313Z 来源：《基层建设》2019年第15期作者：周英赵青华贾敏梅龙 [导读] 摘要：自动铺放技术在先进复合材料制造领域占有举足轻重的地位,发达国家自动铺带技术已相当成熟,大规模应用于多种主要机型制造:如F16,F22,B717,B787,A340,A380等。 航空工业西飞质量管理部特种工艺检验站陕西西安 710089 摘要：自动铺放技术在先进复合材料制造领域占有举足轻重的地位,发达国家自动铺带技术已相当成熟,大规模应用于多种主要机型制造:如F16,F22,B717,B787,A340,A380等。自动铺带机已经商品化,其数控系统有在通用数控系统基础上开发的铺带数控系统和专用铺放数控系统等。目前国内复合材料制造技术还停留在手工铺放水平,自动铺带尚处在样机的研究阶段。相比手工铺放,自动铺带机不论在效率还是在精度上,都远远优于前者。据统计:国外自动铺带效率是手工铺带的十倍以上,自动铺放定位精度高于手工定位精度两个量级以上。文章主要围绕复合材料自动铺带机的系统设置进行了分析，从而达到保证自动铺带机设备的加工能力及产品质量的目的。 关键词：开放式数控系统；铺带机 引言：为实现复合材料自动铺带机对数控系统的特殊要求,以可编程多轴控制器作为运动控制核心,采用可编程数字I/O卡控制开关量,提出了基于开放式数控系统的铺带机专用CNC硬件体系结构的设计方案。为提高系统中与加工过程密切相关的实时任务的实时性,采用随动控制方式,实现了数控系统软件中的运动控制及其与开关动作量之间的协调联动的任务。完成了各控制器的驱动程序、用户图形界面和数控代码编译模块的设计。该系统能很好解决铺带机多轴运动控制精度要求较高、运动量与较多动作量联动实时性等设计难点。 1.铺带机数控硬件系统控制 复合材料铺放的工艺特性决定了铺带机数控系统的硬件结构体系,铺带机专用数控系统由工控机(IPC)、可编程多轴控制器、开关量控制板卡(PCL-725,PCL-730)、I/O接口、伺服驱动装置和电源驱动装置组成。作为数控系统的核心,工控机(IPC)负责整个控制系统的信息处理与后台操作;并向各下位机发出命令,协调运动量与开关动作量的联合操作。运动控制器接收上位机的控制指令,以此控制各轴电机运动实现数控加工。本系统采用PMAC作为运动控制单元,它使用的CPU是DSP56001/56002数字信号处理器(40MHz),可同时控制8个运动轴同步实现联动。除了能够实现运行程序外,还能监控PLC后台程序,两者由于时序不同并不相互冲突。在执行运动程序之前,PMAC必须对运动性指令和非运动性指令进行预先计算,从而协调执行机构的实际运动。本系统采用PMACⅡ型卡,通过扩展功能模块(ACC-8ES,ACC-8FS)可同时连接伺服电机驱动器与步进电机驱动器,同时实现对伺服电机与步进电机的联动。所选用的是交流伺服电机与国产步进电机,PMAC与上位的连接采用ISA总线方式。铺带数控系统开关动作量作为辅助加工,需要与运动量协调联动。为保证两者实时性,选用PCL-725,PCL-730数字I/O板卡分别对铺带数控系统的手动输入操作与开关动作输出量实施控制。由于两者都是以ISA总线通讯方式与上位工控机连接,数据传输效率得以保证。 2.铺带数控软件系统控制 2.1铺带数控系统的软件结构 铺带机数控系统软件是一个实时多任务软件系统,按照任务与加工控制过程的触发频繁程度,数控软件可分为实时任务和非实时任务两大类：直接与数控加工相关的任务为实时任务,除此之外的辅助任务为非实时任务。根据任务执行的时间不同,还可以分为周期性任务和突发任务:周期任务为有规律的按照时间间隔周期性地执行,突发任务在时间上是随机的。如图1所示,实时周期性任务主要包括运动控制和动作控制任务,它们是铺带加工过程中的核心任务,必须优先执行,不允许被其他任务强占。实时突发性任务主要包括手动开关控制与故障处理,当这些任务被触发时,系统应立即中断正在执行的任务,转入对这些事件的处理,处理完再恢复到中断前的状态。非实时周期性任务主要为界面显示刷新任务,它周期性地更新当前加工状态和各轴位置等显示信息,其主要目的是使操作者可以监控当前的系统信息。非实时性任务的优先级较低,只有当实时任务完全执行之后才能得到运行。非实时突发性任务是指实时性要求很低的任务,主要包括系统参数管理、数控文件管理、加工仿真、代码预处理及其他辅助性操作。 2.2运动控制任务和动作控制任务联合实现 铺带工艺的特殊性要求在铺放加工过程中运动量与动作量同时或交替进行,这两者都是关键任务,必须作为实时任务来实现。但他们通过不同的CPU进行处理:运动控制任务由PMAC执行,而开关动作量由PCL-725输出同步指令。这两个任务由上位机协调联动,通讯方式为ISA总线。由于PMAC运动程序中可以编写PLC逻辑指令,运动指令与动作指令可以联合编写在PMAC程序中,通过不断访问PMAC寄存器内开关量的状态并将其更新到数字输出板卡PCL-725中,就可以保证在铺带运动同时辅助动作量的联动实现。数据的传送完全由上位机协调实现。以下语句为PMAC中运动与动作量联调程序以及在系统主应用程序中数据传输实现。 图1.控制系统软件与功能 2.3主运动与随动的实现 铺带加工的运动控制存在主运动和随动运动两种情况,主运动是指系统直接运行的运动程序,不受任何其他条件限制,PMAC与传统数控加工运动控制卡类似也具有直线插补和圆弧插补运动方式,而直线插补运动方式最多可以支持8轴联动;此外,PMAC还提供了3次样条插补运动的功能,可实现在曲面上的高精度加工,这样也使5轴沿规定曲线联动成为可能。而随动是指相对于主运动程序中某一个或多个轴的运动按某种规律精确跟随运动。铺带的工艺要求预浸带超声切割系统与5轴定位机械平台既相对独立而又在某些特殊情况下必须跟随其运动的一个子系统,所以切割系统的运动方式必须采用随动系统来实现。这两种运动程序由代码解释器根据用户输入的数据自动生成,并通过PMAC设备驱动
电子设计常用软件介绍
电子设计常用软件介绍： 电子设计常用软件介绍： 随着计算机在国内的逐渐普及，EDA软件在电子行业的应用也越来越广泛，但和发达国家相比，我国的电子设计水平仍然存在着相当大的差距，而中国已走到了WTO的门口，随着加入WTO，电子行业将会受到较大的冲击，许多从事电子设计工作的人员对EDA软件并不熟悉，笔者因此作此文以让这些同业者对此有些了解，并以此提高他们的电子设计在电脑方面应用的水平。以下是一些国内最为常用的EDA软件。 PROTEL：PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运汹DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL 已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上访问它的站点：https://www.wendangku.net/doc/7b2808728.html, ORCAD：ORCAD是由ORCAD公司于八十年代末推出的EDA软件，它是世界上使用最广的 EDA软件，每天都有上百万的电子工程师在使用它，相对于其它EDA软件而言，它的功能也是最强大的，由于ORCAD软件使用了软件狗防盗版，因此在国内它并不普及，知名度也比不上PROTEL，只有少数的电子设计者使用它，它进入国内是在电脑刚开始普及的94年，记得笔者当时的电脑还是40M硬盘2M 内存的386，而ORCAD4.0却占据了20多M的硬盘空间，使笔者不得不忍痛删掉它。早在工作于DOS环境的ORCAD4.0，它就集成了电原理图绘制、印制电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能，而且它的介面友好且直观，它的元器件库也是所有EDA软件中最丰富的，在世界上它一直是EAD软件中的首选。ORCAD公司在今年七月与CADENCE公司合并后，更成为世界上最强大的开发EDA软件的公司，它的产品ORCAD世纪集成版工作于WINDOWS95与WINDOWSNT环境下，集成了电原理图绘制，印制电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能，它的电路仿真的元器件库更达到了8500个，收入了几乎所有的通用型电子元器件模块，它的强大功能导致了它的售价不菲，在北美地区它的世纪加强版就卖到了＄7995（看清了是＄而不是￥，我仿佛看到了比尔盖茨流下的口水，一套ORCAD可是等于100套WINDOWS98啊），对ORCAD有兴趣的读者可以去访问它的站点：https://www.wendangku.net/doc/7b2808728.html,或
EWB仿真软件介绍
第一节EWB电子电路仿真软件简介 电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现称为MultiSim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它具有这样一些特点： （1）采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取； （2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。 （3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。 （4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。 （5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。 因此非常适合电子类课程的教学和实验。这里，我们向大家介绍EWB软件的初步知识，基本操作和分析方法，。更深入的内容请阅读相关书籍。
第二节EWB电子电路仿真软件界面1．EWB的主窗口 2．元件库栏
信号源库 基本器件库 二极管库
模拟集成电路库 指示器件库 仪器库 第三节EWB的基本操作方法介绍
１．创建电路 （１）元器件操作 元件选用：打开元件库栏，移动鼠标到需要的元件图形上，按下左键，将元件符号拖拽到工作区。 元件的移动：用鼠标拖拽。 元件的旋转、反转、复制和删除：用鼠标单击元件符号选定，用相应的菜单、工具栏，或单击右键激活弹出菜单，选定需要的动作。 元器件参数设置：选定该元件，从右键弹出菜单中选Component Properties可以设定元器件的标签（Label）、编号（Reference ID）、数值（Value）和模型参数（Model）、故障（Fault）等特性。 说明：①元器件各种特性参数的设置可通过双击元器件弹出的对话框进行；②编号（Reference ID）通常由系统自动分配，必要时可以修改，但必须保证编号的唯一性；③故障（Fault）选项可供人为设置元器件的隐含故障，包括开路（Open）、短路（Short）、漏电（Leakage）、无故障（None）等设置。 （２）导线的操作 主要包括：导线的连接、弯曲导线的调整、导线颜色的改变及连接点的使用。 连接：鼠标指向一元件的端点，出现小园点后，按下左键并拖拽导线到另一个元件的端点，出现小园点后松开鼠标左键。 删除和改动：选定该导线，单击鼠标右键，在弹出菜单中选delete 。或者用鼠标将导线的端点拖拽离开它与元件的连接点。 说明：①连接点是一个小圆点，存放在无源元件库中，一个连接点最多可以连接来自四个方向的导线，而且连接点可以赋予标识；②向电路插入元器件，可直接将元器件拖曳放置在导线上，然后释放即可插入电路中。 （3）电路图选项的设置 Circuit/Schematic Option对话框可设置标识、编号、数值、模型参数、节点号等的显示方式及有关栅格（Grid）、显示字体（Fonts）的设置，该设置对整个电路图的显示方式有效。其中节点号是在连接电路时，EWB自动为每个
复合材料自动铺放CADCAM软件技术
复合材料构件手工成型时，根据铺放形面特征和预浸带宽度经剪裁后通过手工铺叠到模具表面完成复合材料构件的成型制造，其生产效率低、废料率高、产品质量也难以保证。自动铺放技术（包括自动铺带技术和自动铺丝技术）利用专用铺放设备，采用数控技术，实现了铺叠的自动化和预浸带剪裁的自动化，突破了大型复合材料构件手工成型难以克服的瓶颈，具有高效、高质、高精度和高可靠性的优点，已广泛应用于大型飞机、运载火箭等各类航空航天飞行器中多种结构部件的制造，成为发达国家航空航天工业领域中大型复合材料构件的典型制造工艺（如图1所示）。 方向性要求：纤维铺放方向必须满足复合材料结构铺层设计方向。复合材料既是一种材料也是一种结构，其突出优点之一是性能的可设计性，不同的铺层方向与铺层形式可以形成不同性能的复合材料。因此，按结构工艺设计要求的纤维方向进行铺放是实现结构设计要求的基础，也是设计铺放轨迹规划算法的基本准则。 可铺性要求：铺放过程中预浸料不褶皱、不撕裂。自动铺放技术采用一定宽度的预浸带：自动铺带技术采用75/150/300mm等3种宽度的预浸带，自动铺丝技术采用3.2/6.4/12.7mm 等3种宽度的窄带。预浸带可变形范围很小，复杂曲面铺叠时只能沿特定的轨迹，否则会导致褶皱或撕裂，继而影响构件的铺放质量，甚至导致铺放过程无法顺利进行（如图2所示）。在复杂曲面构件自动铺放轨迹规划时，其算法必须根据构件曲面外形综合考虑预浸帯在铺放过程中的变形因素。 间隙质量要求：单层铺放时满足间隙容差设计要求，满覆盖、不重叠。自动铺放时，由于构件形面的复杂性，按照一定算法求解所形成的铺放轨迹并不一定能保证铺放轨迹中心线间的
复合材料纤维铺放技术及其应用
复合材料纤维铺放技术及其应用 摘要：先进复合材料比传统材料具有诸多优点，例如轻质量、高强度、低密度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、设计制造一体化等等。复合材料对减轻结构重量、提 高经济性和可靠性具有不可替代的作用。复合材料已经广泛应用于制造领域，尤 其是航空航天领域，在航空航天设备上的用量和应用部位已经成为衡量航空航天 器结构先进性的重要标志之一。 关键词：复合材料；纤维铺放技术；应用 一、纤维铺放技术的成型原理和特点 纤维铺放技术是树脂基复合材料制造技术中的一种，其工作原理是将连续的 纤维丝束或纤维带通过预浸胶或树脂之后，按照设定好的路径铺放到芯模上，最 后在一定温度下固化，制成所需形状的制品。复合材料纤维铺放成型技术（Fiber placementFP）是自动窄带铺放成型技术（Automanted tep placement, ATP）和自 动铺丝束成型技术（Automated tow placement, ATP）的总称。纤维铺放技术的成 型工艺是在纤维铺放机上将平行的纤维丝束或纤维带预浸处理，通过铺放头装置 将预浸过的纤维束压到需要加工的工件或芯模表面。纤维铺放与纤维缠绕和带铺 放不同，它不是按照测地线在芯模或模具上布纱；纤维铺放可精确控制丝束宽度，且各丝束可单独铺放，通过切断、重续等工序控制铺放厚度的增减。此外，纤维 丝束是通过纤维铺放机上的铺放头压在模具上的，能保证铺放每一层紧密贴合避 免出现分层现象。总结纤维铺放技术的优点有:（1）通过铺丝头剪断丝束、重新 开始等，可以对铺放厚度进行精确控制；（2）工艺过程中铺丝头可调节施加力，实时加压密实；（3）铺放精度高，不易出现孔隙；（4）纤维铺放角度可以调节，不受限制；（5）铺放材料利用率高，浪费少。 二、复合材料纤维铺放技术应用 1.加热工艺研究。在自动纤维铺放过程中，为提高铺放效率，通常设置预加 热及主加热2 个加热环节。在这2 个环节中，都会涉及到选择热源、建立加热模 型及确定加热温度三方面的问题。目前，应用在自动纤维铺放中的热源主要有激 光热源、红外线热源和高温气体热源3 种。选择热源时，针对不同的加工原料及 结合具体的应用场合，需对所选热源的加热温度（或加热功率），可连续加热时间，加热温度是否可控及热源自身的价格、质量、体积、热利用率等方面进行综 合考虑。首先，设置预加热区，可显著缩短主加热所需时间，提高纤维铺放速率，同时，可避免铺层啮合点处温度梯度变化过大而引起过多的残余应力。预加热时，为保持基体材料原有的物理化学性质及最大限度提高铺放速率，预加热温度通常 应略低于基体材料玻璃转化温度，因此，预加热热源的加热温度选择应略高于基 体材料玻璃转化温度。在主加热区，基体材料的安全加热温度通常应低于基体材 料的退化温度，为使基体材料充分熔融，主加热区的温度又应高于基体材料的玻 璃转化温度，同时，考虑铺放效率，选择主加热区热源的加热温度略高于基体材 料退化温度是较为合理的。其次，热源使用场所空间的大小及安装的难易程度， 在热源选择过程中也需要充分的考虑。根据热源的不同，铺放设备及周围的实际 环境，确定相应的热传递方式，建立热传递模型的边界条件。鉴于热传递模型及 其边界条件的复杂性，多数情况采用有限元的方式对模型进行数值求解，来研究 不同时刻、温度在纤维束中不同位置的分布情况以及时间、温度、位置三者之间 的关系，然后与试验数据进行对比，分析所建模型的合理性，同时对所建模型进
EDA仿真软件介绍
EDA仿真软件介绍 (2009-03-21 08:41) 分类：EDA EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。 EDA设计可分为系统级、电路级和物理实现级。 2 EDA常用软件 EDA工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有：multiSIM7（原EWB的最新版本）、PSPICE、OrCAD、PCAD 、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim 等等。这些工具都有较强的功能， 一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同进还可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文 件与第三方软件接口。 (下面是关于EDA的软件介绍,有兴趣的话,旧看看吧^^^) 下面按主要功能或主要应用场合，分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC 设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件， 进行简单介绍。 2.1 电子电路设计与仿真工具 我们大家可能都用过试验板或者其他的东西制作过一些电子制做来进行实践。但是有的时候，我们会发现做出来的东西有 很多的问题，事先并没有想到，这样一来就浪费了我们的很多时间和物资。而且增加了产品的开发周期和延续了产品的上市时间从而使产品失去市场竞争优势。有没有能够不动用电烙铁试验板就能知道结果的方法呢？结论是有，这就是电路设计与仿真技术。
自动铺带技术研究现状
自动铺带技术研究现状 From: https://www.wendangku.net/doc/7b2808728.html,/art_33753.html 在航空航天领域，面对较高的燃油价格和越来越严格的污染物排放标准，复合材料轻质、高强度的优势，能使航空航天器减重，在构件结构轻量化进程中发挥着突出的作用。先进复合材料用于航空航天结构上，可相应减重20%～30%,美国 NASA的Langley研究中心在航空航天用先进复合材料的发展报告中指出，复合材料机翼机身和气动剪裁技术可相应减重24.3%，且相对于其他减重措施，减重效果最为明显。 目前，复合材料在飞机上的用量日益增多，其应用范围也从次承力结构（舱门、整流罩、安定面等）扩展到主承力结构（机翼、机身等），结构重量比已达到50%。复合材料在A380、波音787、A350、A400M的大规模应用使复合材料在航空领域展现再度“起飞”的态势，而国内大型飞机研制重大科技专项的立项必将加快国内飞机结构复合材料化的进程，促进国内复合材料产业的跨越式发展。 复合材料低成本制造技术是目前国际复合材料技术领域的核心问题之一，包括材料技术低成本、设计技术低成本和制造技术低成本；涉及多种复合材料成型技术，如缠绕成型、自动铺放成型（铺带、铺丝）、拉挤、编织、缝合和RTM等等。自1985年至今，降低成本的结构设计/材料/制造一体化技术和成形工艺技术一直是复合材料低成本制造技术的研究重点，而自动化成型技术是将结构设计、材料和制造连为一体的纽带和桥梁，实现CAD/CAM/CAE技术在复合材料制造领域的应用和发展，并为复合材料构件制造系统的整体优化奠定了基础。在复合材料成型过程中采用自动化技术，不仅大大提高了复合材料构件的生产效率，降低了生产成本，而且通过对成型工艺参数和技术指标的精确控制，极大提高复合材料构件质量的可靠性和稳定性。 自动铺带技术是复合材料成型自动化的典型代表，集机电装备技术、CAD/CAM软件技术和材料工艺技术于一体，包括自动铺放装备技术、预浸料切割技术、铺放CAD/CAM技术、自动铺放工艺技术、铺放质量监控、模具技术、成本分析等。其具有高效、高质量、高可靠性、低成本的特点，特别适合大尺寸和复杂构件的制造，减少了拼装零件的数目，节约了制造和装配成本，并极大地降低了材料的废品率和制造工时。 自动铺带技术及其发展 自动铺带技术是集预浸带剪裁、定位、铺叠、压实等功能于一体，且具有控温和质量检测功能的复合材料集成化数控成型技术，能够在一定范围内替代原有手工成型中的复合材料自动剪裁下料系统和铺层激光定位系统等设备。自动铺带采用压实机构（压辊或压靴）提供成型压力，摆脱了缠绕成型线型轨迹的限制（不架桥、周期性）。 20世纪60年代中期，复合材料自动化成型技术开始涌现，美国率先在先进复合材料制造领域开发自动铺带技术，并实现从人工辅助铺带到全自动铺带的转型。 第一台全数控龙门式自动铺带机是在美国空军的航空材料实验室的资助下成功研制的，曾用
复合材料自动铺放设备——基于预浸料的复合材料结构高质高效制造平台
复合材料自动铺放设备——基于预浸料的复合材料 结构高质高效制造平台 中航工业制造所孙年俊 先进复合材料因比模量、比强度高，抗疲劳、耐腐蚀、可设计和工艺性好，成为飞机结构重要发展方向之一。轻质、高强、性能优异的复合材料成为理想的结构用材，并逐渐从小型、简单、次承力结构向大型、复杂、主承力结构过渡。国外军机上复合材料用量普遍占结构重量的25%～50%；在民用领域，波音公司787飞机的复合材料用量达到50%，而A350XWB复合材料用量达到了创纪录的52%。 用于复合材料结构制造的先进专用工艺装备在国外迅速发展，特别是基于预浸料的复合材料自动铺放设备，包括自动铺带机和铺丝机，已在国外最先进的战机和民机制造中得到广泛应用。这些先进铺放装备具有人工/半自动人工铺放所不可比拟的优点（对比如表1所示）。 复合材料铺放制造技术包括铺放装备技术、铺放CAD/CAM技术、铺放工艺技术、预浸料制备技术、铺放质量控制、一体化协同数字化设计等一系列技术，主要是自动铺放装备技术、应用软件技术以及材料工艺技术的融合集成。其中自动铺放装备技术是整个技术的基础和核心，而铺放装备技术中最关键的是铺放头多功能集成技术和多坐标、多系统运动协同控制技术。
复合材料铺放制造过程为铺放头在多坐标联动控制下，快速准确地运动到复合材料将要铺放的模具表面，并按照铺放程序的指令准确、无误、高效、自动地完成装在专用卷轴上的预浸料（带或丝束）的铺放，包括完成送料、定位、切割、加热、压紧、回收等动作，保证铺放质量满足工艺要求。 欧美少数几个国家已具有较为成熟的复合材料自动铺放设备设计制造能力，研制了立式、卧式、龙门式、集成工业机器人等各种结构形式的复合材料自动铺带机和铺丝机，在机身、机翼、进气道等飞机大型复杂复材结构制造中得到应用，为提升复合材料在军机和民机中的用量做出了重要贡献。 国内在该设备研制方面尚处于原理性研究和工程样机研制阶段。国内航空企业陆续进口了几台复合材料自动铺带机，但适合复杂复合材料结构制造的铺丝机尚未实现零的突破。中航工业制造所通过国际合作、集成创新，先后开展了复合材料自动铺带机和自动铺丝机工程化研制，已取得阶段性成果和进展。 自动铺带机是小曲率、翼面结构的典型制造装备。中航工业制造所研制成功的大型复合材料自动铺带机（如图1所示）由多坐标铺带头、高速移动横梁、高架桥式支撑平台等组成，配备X、Y、Z、A、C坐标
常用电子CAD软件
电子设计CAD软件及介绍 电子设计工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有：ultium dersigner、EWB、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim、Protel、 OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PS、MentorGraphices的Expedition PC、Zuken CadStar、Winboard/Windraft/Ivex-SPIC、PCB Studio、 TANGO等等。这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同时以可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。工具较多，无法一一介绍，下面按主要功能或主要应用场合，在我国影响较大，使用范围较广，功能强大的CAD软件进行分类介绍，按功能可分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件。 电路设计及仿真软件： 主要软件有：SPICE/PSPICE、EWB、Matlab、SystemView、MMICAD。 1）SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件，1998年被定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE （Personal—SPICE）。现在用得较多的是PSPICE6.2，可以说在同类产品中，它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件，在国内普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，都可以得到精确的仿真结果，并可以自行建立元器件及元器件库。 （2）EWB(Electronic Workbench)软件是Interactive ImageTechnologies Ltd 在20世纪90年代初推出的电路仿真软件。目前普遍使用的是EWB5.2，相对于其它EDA软件，它是较小巧的软件（只有16M）。但它对模数电路的混合仿真功能却十分强大，几乎100%地仿真出真实电路的结果，并且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器和电压表、电流表等仪器仪表。它的界面直观，易学易用。它的很多功能模仿了SPICE的设计，但分析功能比PSPICE稍少一些。 （3）MATLAB产品族它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计。它具有数据采集、报告生成和MATLAB语言编程产生独立C/C++代码等功能。MATLAB产品族具有下列功能：数据分析；数值和符号计算；工程与科学绘图；控制系统设计；数字图像信号处理；财务工程；建模、仿真、原型开发；应用开发；图形用户界面设计等。MATLAB产品族被广泛地应用于信号与图像处理、控制系统设计、通讯系统仿真等诸多领域。开放式的结构使MATLAB产品族很容易针对特定的需求进行扩充，从而在不断深化对问题的认识同时，提高自身的竞争力。 (4)Multisim: Multisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim 是一个完整的集成化设计环境。NI Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实地再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。NI Multisim软件绝对是电子学教学的首选软件工具。 直观的图形界面:整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所