【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算仿真，具体是一种金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模方法。
技术介绍
1、金属橡胶是一种具有非线性刚度、大阻尼的弹性多孔材料。在金属橡胶内部，金属丝相互交错勾连形成了空间网状结构，类似于橡胶的大分子结构，同时具有橡胶般的弹性和阻尼性能。金属橡胶常用于航空航天领域，可以解决恶劣空间环境下的振动、密封、过滤等问题。常见的金属橡胶制作工艺方式有：铺设、缠绕和编织。
2、目前，三维建模技术在工业制造领域有着广泛的应用，但是由于金属橡胶的实际制造方式复杂，已有的商业软件无法直接对其进行建模，并且还存在以下缺点：一方面，对于金属橡胶中的螺旋金属丝无法准确建模；另一方面，建模时需要进行人工调整，费时费力。基于上述缺点，研究一种金属橡胶构件的快速建模方法愈发重要。
3、因此，建立一种金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模方法，应用发展成熟的有限元理论和图形学理论，能够有效地建立金属橡胶三维模型，不仅可以以相对低的成本自动建立金属橡胶实体三维模型，还可以对模型实现更为精确地控制，能够为后续的设计、仿真和优化提供更有效的指导。
技术实现思路
1、本专利技术公开了一种金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模方法，该方法结合将有限元理论和图形学理论结合起来，用于解决金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模的相关问题，可以快速实现金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模。
2、本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字
3、s1、生成金属橡胶构件铺设工艺过程的初始中心轨迹路径点；
4、s2、对初始中心轨迹路径点进行平面修正、垂直修正和平滑处理；
5、s3、对修正后的铺设中心轨迹路径点进行插值，从而生成金属橡胶构件的中心轨迹点；
6、s4、根据中心轨迹点生成金属橡胶构件的螺旋线中心轨迹；
7、s5、围绕螺旋线中心轨迹，通过等差数列生成螺旋线节点和单元，进而形成网格，完成金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模；
8、进一步的技术方案是，所述步骤s1具体实现方法为：
9、s11、设定初始参数：对于如图2所示的钉板，需要设定销钉的数量s、销钉的中心坐标ci(i＝1,2,…,s)、销钉附属圆的允许铺设半径r、多层铺设轨迹需要经过的销钉路径w，如图2粗实线所示的销钉路径为销钉1-销钉2-销钉4-销钉5……、插值间距d，起始铺设层的垂直方向的坐标z0、每两个铺设层之间的距离delta、垂直修正的高度h(h<delta)、铺设层层数i和每一层铺设层的垂向坐标zi＝z0+delta×(i-1)等；
10、s12、在直角坐标系中，共有s个销钉，销钉路径为根据销钉路径和定位销的相对位置生成初始中心轨迹路径点位置：
11、对于路径的首段，即段：若销钉a3在直线a1a2的上方，则相应轨迹取两个附属圆外公切线靠下的一条(图3(a))的切点；若销钉a3在直线a1a2的下方，则相应轨迹取两个附属圆外公切线靠上的一条(图3(b))的切点。
12、对于路径的中间段，即段，i＝1,2,3,4,...,s-2：若ai-1在直线aiai+1下方，ai+2在直线上方，则相应轨迹取图3(c)所示的两个附属圆的内公切线的切点；若ai-1在直线aiai+1上方，ai+2在直线下方，则相应轨迹取图3(d)所示的两个附属圆的内公切线的切点；若ai-1、ai+2都在直线aiai+1下方，则相应轨迹取两个附属圆的外公切线靠上的一条(图3(e))的切点；若ai-1、ai+2都在直线aiai+1上方，则相应轨迹取两个附属圆的外公切线靠下的一条(图3(f))的切点。
13、对于路径的末段，即段：若销钉as-2在直线as-1as上方，则相应轨迹取两个附属圆外公切线靠下的一条(图3(g))的切点；若销钉as-2在直线as-1as下方，则相应轨迹取两个附属圆外公切线靠上的一条(图3(h))的切点；
14、s13、整合上述全部切点形成初始中心轨迹路径点；
15、进一步的技术方案是，所述步骤s2具体实现方法为：
16、s21、平面修正；
17、在铺设过程中若出现初始轨迹线段穿过某些销钉附属圆的现象，则需要将相应的轨迹进行平面修正，通过图4所示的方式，将这条需要修正的线段变为一条线段-一段劣弧-一条线段的形式，劣弧的半径和销钉附属圆的半径相同；
18、s22、垂直修正；
19、在铺设时，同一铺设层中可能出现当前轨迹和前一段路径轨迹交叉或者重叠的情况，此时需要改变目前轨迹的垂直方向的坐标，当交叉或重叠结束时路径再回到该铺设层，需要垂直修正的情况有直线段的垂直修正和圆弧段的垂直修正；
20、对于直线段的垂直修正，如图5(a)所示，轨迹在点k处交叉，需要对当前铺设轨迹进行垂直修正，以轨迹交叉点k为圆心，以销钉附属圆允许铺设半径r为半径做圆，该圆与当前铺设轨迹的交点为b'和c'，再以2r为半径做圆，该圆与当前铺设轨迹的交点为a和d。再将b'和c′的垂向坐标改为zi＝z0+delta×i-1)+h，得到b和c，最终得到垂直修正后的轨迹点a、b、c和d的坐标。
21、s23、平滑处理；
22、对于初始轨迹中的平面修正处和垂直修正处通过直线和圆弧连接形成的不可导点(尖点)，需要通过圆弧平滑处理来过渡去除；对于平面修正中的尖点，采用平面圆弧过渡；对于垂直修正中的尖点，采用空间圆弧过渡。
23、通过如图6所示的平滑处理来解决尖点问题，将路径ade变为路径amne，通过圆弧mn来代替尖点d，确保直线段和圆弧段可以平滑过渡；
24、平面圆弧过渡的具体方式为：以销钉c为圆心，以销钉附属圆允许铺设半径r的2倍为半径做圆1，将线段ad向远离圆心c的方向偏移r得到线段a′d'，线段a′d'与圆1的交点为p，将p投影到线段ad，投影点为m，令pc的中点为n，最终得到平滑处理后的轨迹点a、m、n和e的坐标；
25、空间圆弧过渡的具体方式为：先将需要平滑处理的路径通过罗德里格斯(rodrigues)旋转公式转至水平面，再进行平面圆弧过渡，再将平面圆弧过渡后的点坐标通过罗德里格斯(rodrigues)旋转公式旋转回原平面；
26、进一步的技术方案是，所述步骤s3具体实现方法为：
27、s31、若每两个相邻初始路径点之间采用直线段连接，则需要计算出线段长度，再根据所需的插值间距d确定插值点的数量m，进而通过线性插值计算出每个插值点的坐标，所用公式如下：
28、
29、m为插值点数量，xa、ya是线段起始端点的x方向和y方向坐标，xb、yb是线段末尾端点的x方向和y方向坐标，d是插值间距。
30、s32、若每两个相邻初始路径点之间采用圆弧段连接，则需要计算出圆弧长度，再根据所需的插值间距确定插值点的数量和坐标；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模方法，其特征在于所述步骤S1具体实现方法为：
3.根据权利要求1所述的一种金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模方法，其特征在于所述步骤S2具体实现方法为：
4.根据权利要求1所述的一种金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模方法，其特征在于所述步骤S3具体实现方法为：
5.根据权利要求1所述的一种金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模方法，其特征在于所述步骤S4具体实现方法为：
6.根据权利要求1所述的一种金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模方法，其特征在于所述步骤S5具体实现方法为：
【技术特征摘要】
1.一种金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模方法，其特征在于所述步骤s1具体实现方法为：
3.根据权利要求1所述的一种金属橡胶构件铺设工艺过程智能数字化建模方法，其特征在于所述步骤s2具体实现方法为：
4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘建涛，符美桐，任志英，徐泽晖，石先杰，杜小龙，莫继良，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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