熱門關(guān)鍵詞: 碳纖維手機(jī)殼 碳纖維手機(jī)套 凱夫拉手機(jī)殼 凱芙拉手機(jī)殼
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隨著復(fù)合材料在大型的結(jié)構(gòu)件/裝配件上的應(yīng)用,需要有更綜合的工程方法來(lái)應(yīng)對(duì)復(fù)合材料件。這些復(fù)雜的復(fù)合材料裝配件包含很多零件和連接,并且連接要穿過(guò)多個(gè)層合板以及有不同的裝配狀態(tài),這也就需要特殊的設(shè)計(jì)以及計(jì)劃編制工具。
雖然先進(jìn)復(fù)合材料行業(yè)已經(jīng)成為了一個(gè)最具活力的行業(yè),但是復(fù)合材料設(shè)計(jì)和制造的復(fù)雜性不斷地增加。設(shè)計(jì)、性能和制造的相互依賴性顯著增加,這也就使得設(shè)計(jì)制造復(fù)合材料的流程變得復(fù)雜。解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵分3 部分:首先最重要的,工程師必須能夠清楚、快速地評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)更改的效果,并且在工程流程和供應(yīng)鏈中連續(xù)地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)更改;第二,他們不僅要降低不確定性及風(fēng)險(xiǎn),并且要使用可靠工具來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)循環(huán)、消除無(wú)價(jià)值的設(shè)計(jì)行為;最后,工藝工程師要能夠使用最先進(jìn)的技術(shù)制造復(fù)合材料零件。
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傳統(tǒng)CAD 和PLM 的局限性
常規(guī)的CAD 和PLM 系統(tǒng)不能單獨(dú)應(yīng)對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,不論該復(fù)雜性來(lái)源于產(chǎn)品還是工藝。使用這些系統(tǒng)來(lái)處理并且管理大型、復(fù)雜的復(fù)合材料工程問(wèn)題已被證實(shí)是明顯不足的。替代的方法是:在CAD和PLM 系統(tǒng)上創(chuàng)建一個(gè)特殊的環(huán)境,通過(guò)更有效的創(chuàng)建、分析設(shè)計(jì),更好地理解跨學(xué)科設(shè)計(jì)抉擇的影響,能夠降低風(fēng)險(xiǎn)和成本。
如圖1 所示,在CATIA V5 設(shè)計(jì)進(jìn)程中,VISTAGY 的FiberSIM® 軟件、應(yīng)力分析的MSC 軟件SimXpert 有限元模型、用于為自動(dòng)鋪絲機(jī)生成制造數(shù)據(jù)的CGTech VERICUT 復(fù)合材料編程及仿真軟件無(wú)縫共享復(fù)合材料機(jī)身壁板的鋪層信息。
當(dāng)三維CAD 幫助創(chuàng)建和管理基礎(chǔ)的幾何信息時(shí),另外需增加眾多復(fù)雜的復(fù)合材料特征對(duì)應(yīng)的專門功能來(lái)管理這些特征和幾何的相互依賴性。舉個(gè)例子,以下是VISTAGY 軟件用于豐富表述復(fù)合材料裝配件帶有特定細(xì)節(jié)的CAD 幾何的一些參數(shù):區(qū)域、連接、鋪層、緊固件規(guī)范、丟層、輪廓形式、孔規(guī)范、內(nèi)型面IML、接合面密封、設(shè)計(jì)站、供應(yīng)條件、濕裝配、邊緣距離和檢查特征。 copyright 123456
因此,使用復(fù)合材料工程專業(yè)術(shù)語(yǔ)的特殊環(huán)境,可以幫助捕捉設(shè)計(jì)意圖和跟蹤需求,將特征和幾何關(guān)聯(lián),管理其中的關(guān)系,最后使得復(fù)合材料工程師能夠按照他們的方式工作。
并行設(shè)計(jì)和分析
復(fù)合材料工程的一個(gè)特殊方面是設(shè)計(jì)和分析的循環(huán)迭代。傳統(tǒng)的分析工程師和設(shè)計(jì)工程師的工作在一定程度上是分開(kāi)的,只是將注意力集中在各自的工作上而不是從全局的角度去考慮問(wèn)題。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中,做設(shè)計(jì)更改速度慢、困難而且成本高,涉及到大量連續(xù)的過(guò)程,這樣也就不方便實(shí)現(xiàn)減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的目標(biāo),達(dá)不到減少返工的次數(shù)并保證在預(yù)算之內(nèi)的效果。有很多障礙阻礙了設(shè)計(jì)和分析更好地協(xié)作。分析工程師考慮材料屬性、工況、應(yīng)力和應(yīng)變,而設(shè)計(jì)工程師考慮的是鋪層邊界、非幾何細(xì)節(jié)以及設(shè)計(jì)規(guī)則。
為了更好地理解哪些因素可能組成復(fù)合材料設(shè)計(jì)與分析領(lǐng)域的一個(gè)通用的框架,一個(gè)要求是某個(gè)工具或者流程必須保留與設(shè)計(jì)、分析的聯(lián)系,同時(shí)也要求能夠識(shí)別什么組成設(shè)計(jì)分析的交叉領(lǐng)域、什么關(guān)鍵點(diǎn)可能為通用框架提供基礎(chǔ),允許每個(gè)學(xué)科能夠并行工作而不沖突。 本文來(lái)自123
對(duì)復(fù)合材料而言,第一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是由總體布局曲面和系統(tǒng)線創(chuàng)建的“區(qū)域”或者“分區(qū)”。通常的,“區(qū)域”由系統(tǒng)組提供,由分析組為其提供材料規(guī)范及尺寸數(shù)據(jù)。這些關(guān)鍵的元素不經(jīng)常改動(dòng)或者改動(dòng)不劇烈,可以共享。
當(dāng)設(shè)計(jì)師和分析師使用不同的平臺(tái)時(shí),通過(guò)原始的CAD 接口共享幾何,幾何可以根據(jù)設(shè)計(jì)更改自動(dòng)響應(yīng),這種基于幾何共享的方式使得協(xié)作得到了增強(qiáng)。對(duì)于復(fù)合材料蒙皮分析師可以直接使用系統(tǒng)線以及區(qū)域分割來(lái)創(chuàng)建和控制殼或者膜單元的網(wǎng)格,使用線作為梁或者桿單元以表示加筋元素。區(qū)域和層合板需求能夠很快地返回到設(shè)計(jì)師。
對(duì)物理屬性的指定是并行工作的另一個(gè)接觸點(diǎn)。無(wú)縫共享詳細(xì)鋪層規(guī)范的能力使得設(shè)計(jì)師更有效率,提高了零件設(shè)計(jì)確認(rèn)的準(zhǔn)確性及真實(shí)性。
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因此,找出基于幾何的更快、更容易的循環(huán)迭代是可能的,這種方式可形成真正的并行流程,使用VISTAGY 的FiberSIM 復(fù)合材料軟件以及MSC 的SimXpert 分析軟件作循環(huán)迭代就是該類例證。事實(shí)上,MSC 軟件公司和VISTAGY 已經(jīng)建立起了戰(zhàn)略伙伴關(guān)系,以讓復(fù)合材料設(shè)計(jì)和分析形成更好的協(xié)作。圖2 和表1 顯示該小機(jī)身壁板含有上千特征并且和幾何關(guān)聯(lián),并且大部分特征沒(méi)有被捕捉或者保持非幾何特征,如果不使用特殊的環(huán)境(如VISTAGY 公司的復(fù)合材料及裝配設(shè)計(jì)軟件),這些特征是不能被管理以及確認(rèn)的。
重新定義工程模型
在高性能復(fù)合材料行業(yè),自動(dòng)化的制造工藝在所有新的商業(yè)飛機(jī)計(jì)劃中變的普遍起來(lái)。面向制造的設(shè)計(jì)(Design For Manufacture) 的概念已經(jīng)不是新鮮事了,而復(fù)合材料制造工藝也發(fā)展很快。截止到目前,專業(yè)的復(fù)合材料設(shè)計(jì)軟件被大量用于手工鋪層工藝的復(fù)合材料制造過(guò)程中,因此所有這種方式對(duì)于設(shè)計(jì)的需求是基于鋪層的設(shè)計(jì)方法,能夠得到可靠的鋪放仿真以及平面展開(kāi)仿真,并且能夠創(chuàng)建制造輸出和工程圖。當(dāng)使用自動(dòng)化的制造設(shè)備,復(fù)合材料設(shè)計(jì)軟件關(guān)鍵功能會(huì)隨之改變。設(shè)計(jì)模型的細(xì)節(jié)內(nèi)容以及設(shè)計(jì)和制造的數(shù)據(jù)傳遞必須重新定義。制造工藝的某些方面可能影響零件或者裝配件的可制造性,而這些必須集成在設(shè)計(jì)環(huán)境中。一些其他的特定工藝和特定設(shè)備的細(xì)節(jié)可獨(dú)立于制造軟件確定。 內(nèi)容來(lái)自123456
舉個(gè)例子,自動(dòng)化設(shè)備的局限性(如最短行程鋪放)包含了設(shè)計(jì)局限性,該局限性影響鋪層輪廓和交錯(cuò)形式,或者影響配合零件的腳印區(qū)以及零件的重量。這些局限性作為零件設(shè)計(jì)的主要參數(shù)不能丟給制造工藝部門在線下來(lái)處理,因?yàn)闊o(wú)法預(yù)料的并且昂貴的循環(huán)風(fēng)險(xiǎn)以及無(wú)法控制的重復(fù)設(shè)計(jì)使得這些變的不可能。
隨著纖維鋪放設(shè)備、鋪帶設(shè)備和復(fù)合材料CAM 軟件的緊密結(jié)合,一種新的需求已經(jīng)出現(xiàn),它能夠增強(qiáng)設(shè)計(jì)環(huán)境,工程師能夠完全定義并且優(yōu)化復(fù)合材料零件或者裝配件以適應(yīng)自動(dòng)鋪放。
最小行程長(zhǎng)度、鋪層錯(cuò)開(kāi)原點(diǎn)、最小行程寬度和最小剪斷角度等制造要求是FiberSIM 軟件與制造設(shè)備接口的一部分,F(xiàn)iber SIM 提供了針對(duì)自動(dòng)鋪放設(shè)備的接口,可以自動(dòng)優(yōu)化鋪層設(shè)計(jì),生成鋪放數(shù)據(jù),如圖3 所示。 123456
復(fù)合材料制造企業(yè)傾向于設(shè)備獨(dú)立的復(fù)合材料零件定義,另外的功能可能成為設(shè)計(jì)環(huán)境的一部分,同時(shí)特定設(shè)備參數(shù)仍是離線的設(shè)備編程軟件的一部分。
量化工程的復(fù)雜性
在設(shè)計(jì)中,“工程復(fù)雜性”一定程度上可以歸結(jié)于特定含義并且可以在一定程度上進(jìn)行量化。
事實(shí)上,我們嘗試著量化大型航空結(jié)構(gòu)復(fù)合材料壁板的復(fù)雜性。舉個(gè)例子,對(duì)于一個(gè)由桁條和框分割的包含6×8 個(gè)島區(qū)的典型商用飛機(jī)的的航空壁板,得到如表1 所示的一組統(tǒng)計(jì)數(shù)字。創(chuàng)建了幾何參考并且保留在CAD 環(huán)境中。細(xì)節(jié)的幾何元素手動(dòng)創(chuàng)建但沒(méi)有在三維CAD 環(huán)境中提交并確認(rèn)。除了幾何數(shù)據(jù),對(duì)于復(fù)合材料蒙皮有11320 個(gè)非幾何特征,對(duì)于裝配件、緊固件、孔等有48300 個(gè)非幾何特征。這些特征不屬于三維CAD 或者PLM 的一部分。另外,這些關(guān)系沒(méi)有在三維CAD 或者PLM 中捕獲,也沒(méi)有在設(shè)計(jì)意圖中體現(xiàn)。在CAD 和PLM 軟件中有超過(guò)90% 的數(shù)據(jù)沒(méi)有捕獲并且沒(méi)有有效管理。 本文來(lái)自123
使用VISTAGY 的軟件作為復(fù)合材料飛機(jī)開(kāi)發(fā)工具,可以100% 的捕獲產(chǎn)品定義并且有效管理,85% 的幾何可以自動(dòng)創(chuàng)建并且100% 的關(guān)鍵特征可以自動(dòng)的驗(yàn)證。
設(shè)計(jì)更改帶來(lái)的連續(xù)影響
對(duì)于設(shè)計(jì)流程,設(shè)計(jì)更改是無(wú)處不在的,并且是一定會(huì)做設(shè)計(jì)更改的。那么設(shè)計(jì)更改的影響是什么呢?考慮機(jī)身壁板中蒙皮厚度變化和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)位置移動(dòng)的連鎖影響。圖4說(shuō)明的是由于簡(jiǎn)單的鋪層的變化帶來(lái)的一系列的設(shè)計(jì)更改。
在工程設(shè)計(jì)中,這樣的改變可能影響層合板的堆疊、丟層的位置和形狀、內(nèi)模面的表面、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)配合表面、緊固件規(guī)范,最終影響重量和平衡。在制造中,設(shè)計(jì)更改可能影響鋪層列表、BOM 材料列表、給供應(yīng)商的需求包BTP 以及維護(hù)和服務(wù)文檔。
在制造中,設(shè)計(jì)更改可能會(huì)影響纖維鋪層程序、復(fù)合材料平面展開(kāi)、自動(dòng)鉆鉚和緊固件程序、激光投影文件和工藝計(jì)劃。在模具制造過(guò)程中,IML 內(nèi)型面模具以及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的模具也可能改變。最終,首件的質(zhì)量檢驗(yàn)計(jì)劃和其他QA 文檔也可能隨之變化。關(guān)聯(lián)更改的關(guān)鍵問(wèn)題不是其要更改的項(xiàng)目多,而是在進(jìn)行更改的過(guò)程中容易帶來(lái)一些矛盾或者失誤而與整個(gè)研發(fā)計(jì)劃相背離,對(duì)研發(fā)計(jì)劃造成不好的后果。要使設(shè)計(jì)更改完全正確需要有設(shè)計(jì)、分析、制造和工藝計(jì)劃各方面專家的合作,并且在復(fù)合材料環(huán)境中完成這種協(xié)同更改的工作。
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