СПОСОБ, СИСТЕМА И НЕ-ВРЕМЕННЫЙ СЧИТЫВАЕМЫЙ КОМПЬЮТЕРОМ НОСИТЕЛЬ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МНОЖЕСТВА СЛОЕВ КОМПОЗИТА В СТРУКТУРНОМ ОБЪЕМЕ, СОДЕРЖАЩЕМ ВКЛЮЧЕНИЕ
METHOD, SYSTEM AND NON-TEMPORARY COMPUTER READABLE MEDIUM FOR DISTRIBUTING MULTIPLE LAYERS OF COMPOSITE IN STRUCTURAL VOLUME CONTAINING THE INCLUSION

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА
[0001] Настоящий патентный документ совместно использует общий предмет с патентом США № 8,655,627, озаглавленным ʺDetermining a Distribution of Multiple Layers of a Composite Material Within a Structural Volumeʺ, выданным 18 февраля 2014 (включен в настоящий документ посредством ссылки), но не связан с ним иным образом.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее раскрытие, в общем, направлено на компьютеризованное проектирование, визуализацию и системы производства, системы управления данными о продуктах (PDM), системы управления жизненным циклом продукта (PLM) и аналогичные системы, которые используются, чтобы создавать и управлять данными для продуктов и других предметов (в совокупности именуемых здесь как системы продуктов). Более конкретно, изобретение относится к определению распределения множества слоев материалов для заполнения структурного объема.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Системы PLM могут включать в себя графические пользовательские интерфейсы (GUI), посредством которых можно моделировать производственную и/или рабочую среду. Такие графические пользовательские интерфейсы могут извлечь выгоду из усовершенствований.
[0004] Многие производимые продукты в автомобильной, аэрокосмической, ветроэнергетической, судостроительной и оборонной технике могут включать в себя структуры, изготовленные из многослойных композитных материалов. При надлежащем проектировании и изготовлении, многослойные композитные структуры могут превосходить структуры, изготовленные обычными способами, например, с помощью гибки, механической обработки и крепежных деталей, или путем фрезерования из одного материала. Многослойная композитная структура может обеспечивать превосходящие характеристики долговечности и отношения предела прочности к массе по сравнению со структурами, изготовленными обычными способами. Композитные структуры могут обеспечивать дополнительные преимущества по сравнению с традиционными структурами в зависимости от конкретного применения, поскольку композитные структуры могут быть приспособлены для удовлетворения конкретных требований конкретного применения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Различные раскрытые варианты осуществления включают в себя системы и способы, которые могут быть использованы для генерации модели, имеющей множество представленных композитных слоев, которые оставляют включение свободным от материала. В одном примере, обеспечен способ, выполняемый системой обработки данных. Способ включает в себя прием модели компьютеризованного черчения (CAD), представляющей композитную деталь, имеющую высоту, представляющую множество слоев композитного материала, причем упомянутая модель CAD содержит одно или несколько включений в структурном объеме; генерацию, для высоты каждого слоя композитной детали, представления формы слоя (пласта) на каждом слое композитного материала в структурном объеме, имеющем первую поверхность; определение, для высоты каждого слоя композитной детали, лежит ли первая поверхность на второй поверхности или опирается на вторую поверхность; если, в качестве результата этапа определения, первая поверхность лежит на второй поверхности, сохранение сгенерированного представления формы пласта в контейнере форм низа; если, в качестве результата этапа определения, первая поверхность опирается на вторую поверхность, комбинирование сгенерированного представления формы пласта с одной или несколькими сгенерированными формами пластов, представляющими формы низа от высоты предыдущего слоя; генерацию, в качестве результата множества этапов определения, результирующей модели и результирующей проекции на поверхность слоистой структуры модели CAD, имеющей результирующее множество представленных композитных слоев, причем упомянутые представленные композитные слои не находятся внутри одного или нескольких включений представленной композитной детали.
[0006] В другом примере, обеспечена система обработки данных. Система обработки данных включает в себя процессор и доступную память, система обработки данных, в частности, сконфигурирована, чтобы: принимать модель компьютеризованного черчения (CAD), представляющую композитную деталь, имеющую высоту, представляющую множество слоев композитного материала, причем упомянутая модель CAD содержит одно или несколько включений в структурном объеме; генерировать, для высоты каждого слоя композитной детали, представление формы пласта в каждом слое композитного материала в структурном объеме, имеющем первую поверхность; определять, для высоты каждого слоя композитной детали, лежит ли первая поверхность на второй поверхности или опирается на вторую поверхность; если, в качестве результата этапа определения, первая поверхность лежит на второй поверхности, то сохранять сгенерированное представление формы пласта в контейнере форм низа; если, в качестве результата этапа определения, первая поверхность опирается на вторую поверхность, то комбинировать сгенерированное представление формы пласта с одной или более сгенерированными формами пласта, представляющими формы низа от высоты предыдущего слоя; генерируя, в качестве результата множества этапов определения, результирующую модель и результирующую проекцию на поверхность слоистой структуры модели CAD, имеющей результирующее множество представленных композитных слоев, причем упомянутые представленные композитные слои не находятся внутри одного или нескольких включений представленной композитной детали.
[0007] В другом примере, обеспечен не-временный считываемый компьютером носитель. Не-временный считываемый компьютером носитель закодирован исполняемыми инструкциями, которые, при исполнении, побуждают одну или несколько систем обработки данных принимать модель компьютеризованного черчения (CAD), представляющую композитную деталь, имеющую высоту, представляющую множество слоев композитного материала, причем упомянутая модель CAD содержит одно или несколько включений в структурном объеме; генерировать, для высоты каждого слоя композитной детали, представление формы пласта в каждом слое композитного материала в структурном объеме, имеющем первую поверхность; определять, для высоты каждого слоя композитной детали, лежит ли первая поверхность на второй поверхности или опирается на вторую поверхность; если, в качестве результата этапа определения, первая поверхность лежит на второй поверхности, то сохранять сгенерированное представление формы пласта в контейнере форм низа; если, в качестве результата этапа определения, первая поверхность опирается на вторую поверхность, то комбинировать сгенерированное представление формы пласта с одной или несколькими сгенерированными формами пласта, представляющими формы низа от высоты предыдущего слоя; генерировать, в качестве результата множества этапов определения, результирующую модель и результирующую проекцию на поверхность слоистой структуры модели CAD, имеющей результирующее множество представленных композитных слоев, причем упомянутые представленные композитные слои не находятся внутри одного или нескольких включений представленной композитной детали.
[0008] Вышеизложенное достаточно широко описывает технические признаки настоящего раскрытия, так что специалисты в данной области техники могут лучше понять последующее подробное описание. Дополнительные признаки и преимущества раскрытия, которые будут описаны ниже, образуют предмет формулы изобретения. Специалистам в данной области техники будет понятно, что они могут легко использовать концепцию и конкретные варианты осуществления, раскрытые в качестве основы для модификации или разработки других структур для достижения тех же целей настоящего раскрытия. Специалистам в данной области также должно быть понятно, что такие эквивалентные конструкции не отклоняются от сущности и объема раскрытия в его самой широкой форме.
[0009] Прежде чем приступить к подробному описанию ниже, может быть полезным изложить определения некоторых слов или фраз, которые могут использоваться в этом патентном документе. Например, термины ʺвключать в себяʺ и ʺсодержатьʺ, а также их производные означают включение без ограничений. Формы единственного числа также включают в себя формы множественного числа, если только контекст явно не указывает иначе. Кроме того, термин ʺи/илиʺ, используемый здесь, относится к любым и всем возможным комбинациям одного или нескольких связанных перечисленных элементов и охватывает их. Термин ʺилиʺ является инклюзивным, означающим и/или, если контекст явно не указывает иначе. Фразы ʺассоциированный сʺ и ʺассоциированный с нимиʺ, а также их производные, могут означать: включать в себя, быть включенным в, соединяться с, содержать, содержаться в, соединять с, связывать с, иметь возможность связи с, взаимодействовать с, перемежать, сопоставлять, находиться вблизи, быть связанным с, иметь, иметь свойство или тому подобное.
[0010] Кроме того, хотя термины ʺпервыйʺ, ʺвторойʺ, ʺтретийʺ и т.д. могут использоваться здесь для описания различных элементов, функций или действий, эти элементы, функции или действия не должны ограничиваться этими терминами. Скорее, эти числовые прилагательные используются для различения различных элементов, функций или действий друг от друга. Например, первый элемент, функцию или действие можно было бы назвать вторым элементом, функцией или действием, и аналогичным образом, второй элемент, функцию или действие можно было бы назвать первым элементом, функцией или действием, не отступая от объема настоящего раскрытия.
[0011] Кроме того, фразы, такие как ʺпроцессор сконфигурирован, чтобыʺ выполнять одну или несколько функций или процессов, могут означать, что процессор операционно сконфигурирован или функционально сконфигурирован для выполнения функций или процессов с помощью программного обеспечения, встроенного программного обеспечения и/или проводных схем. Например, процессор, который сконфигурирован для выполнения функции/процесса, может соответствовать процессору, который активно выполняет программное обеспечение/встроенное программное обеспечение, которое запрограммировано, чтобы побуждать процессор выполнять функцию/процесс, и/или может соответствовать процессору, который имеет программное обеспечение/встроенное программное обеспечение в памяти или устройстве хранения, которое доступно, чтобы исполняться процессором для выполнения функции/процесса. Следует также отметить, что процессор, который ʺсконфигурирован, чтобыʺ выполнять одну или несколько функций, или процессов, может соответствовать процессорной схеме, специально изготовленной или ʺснабженной проводным монтажомʺ для выполнения функций или процессов (например, схема ASIC или FPGA). Кроме того, фраза ʺпо меньшей мере одинʺ перед элементом (например, процессором), который сконфигурирован для выполнения более чем одной функции, может соответствовать одному или нескольким элементам (например, процессорам), каждый из которых выполняет функции, и может также соответствовать двум или более элементам (например, процессорам), которые выполняют, соответственно, разные функции из одной или нескольких разных функций.
[0012] Термин ʺсмежный сʺ может означать: что элемент находится относительно близко, но не находится в контакте с другим элементом; или что элемент находится в контакте с другой частью, если только контекст явно не указывает иначе.
[0013] Определения для некоторых слов и фраз предоставлены во всем этом патентном документе, и специалисты в данной области техники поймут, что такие определения применяются ко многим, если не к большинству, случаев предшествующих, а также будущих использований таких определенных слов и фраз. Хотя некоторые термины могут включать в себя широкий спектр вариантов осуществления, прилагаемая формула изобретения может прямо ограничивать эти термины конкретными вариантами осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] Фиг. 1 иллюстрирует функциональную блок-схему примерной системы, которая облегчает распределение множества слоев композитного материала внутри структурного объема, содержащего одно или несколько включений.
[0015] Фиг. 2а и 2b иллюстрируют композитные детали, которые содержат включение.
[0016] Фиг. 3 иллюстрирует модель CAD твердого тела, представленного на поверхности слоистой структуры .
[0017] Фиг. 4а и 4b иллюстрируют распределение множества слоев композитного материала в структурном объеме, содержащем включение, на поверхности слоистой структуры .
[0018] Фиг. 5а-5е иллюстрируют деталь, спроецированную назад на поверхность слоистой структуры, причем эта деталь включает в себя множество пластов, которые должны наслаиваться вокруг включения как наращивание на поверхности слоистой структуры.
[0019] Фиг. 6 иллюстрирует функциональную блок-схему примерного способа определения распределения множества слоев композитного материала в структурном объеме, содержащем одно или несколько включений.
[0020] Фиг. 7 иллюстрирует функциональную блок-схему примерного способа определения того, лежит ли форма на поверхности или опирается на поверхность.
[0021] Фиг. 8 иллюстрирует альтернативный вариант осуществления функциональной блок-схемы примерного способа определения того, лежит ли форма на поверхности или опирается на поверхность.
[0022] Фиг. 9 иллюстрирует функциональную блок-схему примерной системы обработки данных (также упоминаемой как компьютерная система), в которой может быть реализован проиллюстрированный здесь вариант осуществления.
[0023] Фиг. 10а и 10b иллюстрируют максимальное и минимальное условия материала, определяемые направлением нормали 'заполнения до'.
[0024] Фиг. 10с иллюстрирует примерный вариант осуществления скалярного произведения, которое дает результат, который указывает, образует ли кривая верх или низ пласта.
[0025] Фиг. 11 иллюстрирует примерный вариант осуществления пересечения луча, которое формирует результаты, которые указывают, формирует ли кривая верх или низ пласта.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0026] Различные технологии, относящиеся к системам вычерчивания, будут теперь описаны со ссылкой на чертежи, где одинаковые ссылочные позиции представляют одинаковые элементы. Чертежи, рассмотренные ниже, и различные варианты осуществления, используемые для описания принципов настоящего раскрытия в этом патентном документе, являются только иллюстрацией и никоим образом не должны истолковываться так, чтобы ограничивать объем раскрытия. Специалисты в данной области поймут, что принципы настоящего раскрытия могут быть реализованы в любом подходящем устройстве. Следует понимать, что функциональность, которая описывается как выполняемая некоторыми компонентами системы, может выполняться несколькими компонентами. Аналогично, например, компонент может быть сконфигурирован для выполнения функциональности, которая описывается как выполняемая несколькими компонентами. Многочисленные инновационные решения настоящей заявки будут описаны со ссылкой на примерные неограничивающие варианты осуществления.
[0027] 3D композитные конструктивные (структурные) детали обычно изготавливаются с использованием слоев композитного материала и легких 3D сердцевин. Легкие сердцевины обеспечивают структурную поддержку, приводя в результате к значительному снижению веса. Это является общим подходом в проектировании для структурных деталей во многих отраслях. Проектирование и изготовление структуры, содержащей множество слоев композитного материала, может создавать проблемы в инженерной разработке. Эта проблема усугубляется, когда структурные улучшения (например, включения) предусматриваются в композитном слоистом наращивании, как, например, пустота (внутренняя часть слоистого наращивания, которая должна оставаться пустой) или сердцевина (пустота, которая предназначена позже для заполнения, как правило, другим материалом, который имеет другие механические свойства), которые обычно используются, например, для уменьшения веса, добавления структурной целостности и т.д. к композитной детали. В дальнейшем термин ʺвключенияʺ используется для обозначения одной или нескольких сердцевин, пустот или другого структурного улучшения, расположенного по меньшей мере частично в границах композитной детали. Такие включения создают проблемы, потому что наращивание композитной детали обычно оставляет область включения незаполненной во время первоначального изготовления композитной детали.
[0028] Вкратце, варианты осуществления изобретения направлены на способы и системы для распределения множества слоев композитного материала в структурном объеме, содержащем включения. Композитные материалы включают в себя любой такой композитный материал или любой подходящий деформируемый и/или соответствующий материал, чтобы заполнять проектируемую и изготавливаемую структуру. Структура может быть компонентом производимого продукта, включая, без ограничения указанным, дверную панель для автомобиля, аэродинамическую опорную стойку для летательного аппарата, крыло для летательного аппарата, обтекатель или структурную панель для реактивного летательного аппарата, лопасть ветряной турбины и т.д. В различных вариантах осуществления, структура содержит объем, который должен быть заполнен множеством слоев композитного материала в соответствии с определенным распределением, причем объем содержит одно или несколько включений. Поскольку каждый слой может быть тонким, может потребоваться значительное количество слоев, чтобы заполнить объем спроектированной структуры. В различных реализациях, ограничения проектирования и/или рабочих характеристик могут быть ассоциированы со структурой, и эти ограничения могут способствовать определению распределения слоев для изготовления структуры.
[0029] Со ссылкой на фиг. 1 проиллюстрирована примерная система 100 для распределения множества слоев композитного материала в структурном объеме, содержащем одно или несколько включений. Система 100 может включать в себя по меньшей мере один процессор 102, который сконфигурирован для выполнения одного или нескольких компонентов 104 прикладного программного обеспечения из памяти 106, чтобы осуществлять различные признаки, описанные здесь. Компонент 104 прикладного программного обеспечения, который выполняет распределение множества слоев композитного материала в структурном объеме, содержащем включения, может соответствовать независимому приложению, состоящему из одного или нескольких компонентов и/или может быть интегрирован/включен в программное обеспечение, которое выполняет другие функции.
[0030] Примеры программного обеспечения PLM и/или программного обеспечения CAD/CAM/CAE (компьютеризованное проектирование/компьютеризованное производство/ компьютеризованная разработка), которое может быть адаптировано, чтобы включать в себя по меньшей мере некоторые функциональные возможности, описанные здесь, для распределения множества слоев композитного материала в структурном объеме, содержащем одно или несколько включений, включают в себя FiberSim, программное приложение, доступное от Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. (Plano, Texas).
[0031] Однако также должно быть понятно, что описанный компонент 104 прикладного программного обеспечения, который выполняет распределение множества слоев композитного материала в структурном объеме, содержащем одно или несколько включений, может соответствовать или быть интегрированным в другие типы программного обеспечения, включая, без ограничения указанным, программное обеспечение для производства, программное обеспечение для проектирования, программное обеспечение для 3D печати (такое как программное обеспечение, используемое для 3D печати слоистых деталей), программное обеспечение для аддитивного изготовления и/или любое другое программное обеспечение, которое может использоваться для распределения множества слоев композитного материала в структурном объеме, содержащем одно или несколько включений.
[0032] Описанная система может включать в себя по меньшей мере одно устройство 108 отображения (например, экран дисплея) и по меньшей мере одно устройство 110 ввода. Процессор может представлять собой часть, например, PC, ноутбука, рабочей станции, сервера, планшета, мобильного телефона или любого другого типа вычислительной системы. Устройство отображения может включать в себя, например, LCD-дисплей, монитор и/или проектор и может предоставлять графический пользовательский интерфейс (GUI) 118. Устройства ввода могут включать в себя, например, аналоговый джойстик, d-pad (переключатель направления), игровой контроллер, мышь, указатель, сенсорный экран, сенсорную панель, планшет, трекбол, кнопки, клавишную панель, клавиатуру, камеру, устройство обнаружения движения, которое фиксирует жесты движения, или любой другой тип устройства ввода, способного обеспечивать вводы, описанные здесь. Также для таких устройств, как мобильный телефон или планшет, процессор 102 может быть встроен в корпус, который включает в себя сенсорный экран, который служит как устройством ввода, так и устройством отображения. Кроме того, должно быть понятно, что некоторые устройства ввода могут включать в себя множество различных типов устройств ввода. Например, игровой контроллер может включать в себя аналоговый джойстик, d-pad и множество кнопок.
[0033] Однако, должно быть понятно, что в примерных вариантах осуществления могут использоваться другие типы устройств ввода и устройств отображения. Далее, следует отметить, что описанный здесь процессор может быть расположен на сервере, который удален от устройств отображения и ввода, описанных здесь. В таком примере, описанное устройство отображения и устройство ввода могут быть включены в клиентское устройство, которое осуществляет связь с сервером (и/или виртуальной машиной, исполняющейся на сервере) через проводную или беспроводную сеть (которая может включать в себя Интернет). В некоторых вариантах осуществления, такое клиентское устройство, например, может выполнять приложение удаленного рабочего стола или может соответствовать портальному устройству, которое выполняет протокол удаленного рабочего стола с сервером, чтобы отправлять вводы от устройства ввода на сервер и получать визуальную информацию с сервера для отображения через устройство отображения. Примеры таких протоколов удаленного рабочего стола включают в себя PCoIP от Teradici, RDP от Microsoft и протокол RFB. В таких примерах, описанный здесь процессор может соответствовать виртуальному процессору виртуальной машины, исполняющейся в процессоре сервера.
[0034] В примерных вариантах осуществления, система может дополнительно включать в себя хранилище 112 данных. Хранилище данных может включать в себя модель CAD 120 поверхности или твердого тела, содержащую одно или несколько включений 126, и данные о модели 120, такие как свойства одного или более слоев (толщина материала), формы/кривые слоев, формы/кривые слоев слоистой структуры, скалярное произведение форм слоя и слоистой структуры, аппроксимация многоугольниками (мозаика) поверхности слоистой структуры, скрещивание и пересечение луча, 122, которые могут храниться в нем или вычисляться динамически по мере необходимости.
[0035] Процессор 102 может быть сконфигурирован, чтобы принимать вводы, такие как вводы, касающиеся того, где включение должно быть включено в модель 116 CAD, типы используемого материала и другую информацию, относящуюся к производству композитной детали 130.
[0036] На фиг. 2а и 2b проиллюстрированы композитные детали, которые содержат включение. Композитная деталь 200а и композитная деталь 200b содержат, каждая, включение 208, которое может привести к образованию сердцевины или пустоты в зависимости от производственных потребностей. Каждая композитная деталь 200a, 200b включает в себя максимальное условие 202 материала (максимума материала) и минимальное условие 204 материала (минимума материала). Слои композитного материала (не показано) будут наслаиваться на поверхность 206 слоистой структуры, как показано ниже. Представленные здесь варианты осуществления поддерживают наслаивание композитного(ых) материала(ов) на поверхность слоистой структуры, где одно или несколько включений (таких как включения 208) представляют собой геометрию, которая (а) лежит на другом теле и/или (b) лежит вокруг другого внутреннего тела. Соответственно, проиллюстрированные здесь варианты осуществления позволяют распределять множество слоев композитного материала в структурном объеме, содержащем одно или несколько включений, которые являются внешним или внутренним неподдерживаемым пластом слоистой структуры ввиду нависания.
[0037] Композитная структура включает любую конструкцию, спроектированную и изготовленную с использованием множества слоев композитного материала или любого подходящего материала, который может деформироваться и/или соответствовать формам для заполнения многослойной структуры. Варианты осуществления, проиллюстрированные здесь, предназначены для иллюстрации. На практике, структура может иметь любую форму и может содержать одно или несколько включений любой формы. Слои композитной структуры могут быть не одной композиции. Например, некоторые слои могут представлять собой композитный материал первой композиции (состава) и толщины, а некоторые слои могут быть композитным материалом второго состава той же или другой толщины. В некоторых вариантах осуществления, композитная структура может содержать смесь композитных слоев (например, слоев композиции полимер/волокно) и некомпозитных слоев (например, слоев полимера или металлического листа).
[0038] Каждый слой композитного материала в готовой структуре может содержать, например, высокопрочное волокно, встроенное в отвержденную смолу. Могут быть использованы другие подходящие композиции для композитного материала, включая, без ограничения, композиты, содержащие любой один или несколько из следующих элементов: стекловолокно, углеродное волокно, борное волокно, керамическую матрицу, эпоксидную смолу, полиэфир, сухое тканое волокно, предварительно пропитанное тканое волокно, залитое тканое волокно. В качестве одного примера, в то время как структура изготавливается, смола может не быть отверждена или может отсутствовать. Например, смола может быть в жидкой или гелевой форме, и отвердитель добавляется после того, как слой будет расположен в структуре. В некоторых случаях, смолу и отвердитель можно добавлять после того, как некоторая ткань будет размещена в структуре. В некоторых вариантах осуществления, смола и отвердитель могут быть предварительно смешаны и присутствовать в ткани или применяться после, еще требуя времени отверждения, например, от около 5 минут до около 24 часов, чтобы структура отвердела. Когда смесь смолы/отвердителя наносится затем на структуру, смесь может быть принудительно введена в многослойную структуру под давлением или в вакууме. Волокно может представлять собой стекловолокно, кевлар, углеродное волокно или любой другой подобный материал, а отвержденная смола может представлять собой смолу на основе эпоксидной смолы, полимер, стекло/полимер или композит из углеродного волокна/полимера. В некоторых вариантах осуществления, композит из углеродного волокна или углеродного волокна/полимера содержит углеродные нанотрубки. Когда структура изготовлена, она может быть собрана в процессе ʺукладкиʺ, в котором каждый слой позиционируется и последовательно добавляется к структуре. В некоторых случаях, части структуры могут быть уложены с множеством слоев композитного материала, а затем части соединяются вместе.
[0039] Ввиду различных типов материалов и способов сборки, доступных для композитных структур, можно понять, что изготовление структуры из множества слоев композитного материала может обеспечить значительно большую гибкость при удовлетворении требований проектирования и эксплуатационных характеристик в готовом продукте. Например, свойства гибкости и механические свойства композитной структуры могут быть адаптированы путем выбора ориентации ткани, плетения ткани, типа ткани и/или типа смолы в пределах каждого слоя в структуре. Кроме того, способ, которым слои конфигурируются и/или распределяются внутри структуры, может оказывать влияние на свойства гибкости и механические свойства композитной структуры.
[0040] На фиг. 3 показана модель CAD твердого тела 300, включающая в себя поверхность 302 'заполнения до', включение 208, как показано на поверхности 206 слоистой структуры. В качестве результата, обеспечиваемого вариантами осуществления настоящего изобретения, распределение множества слоев композитного материала 402 в структурном объеме 400, содержащем включение 208 на поверхности 206, показано на фиг. 4а и 4b. Любые карманы 404 (например, участки скопления смолы или участки с низкой плотностью волокон) обычно заполняются путем использования пласта полного тела, располагаемого в качестве первого и последнего пласта в наложении, чтобы обеспечить гладкую законченную поверхность. Соответственно, варианты осуществления, показанные на фиг. 3, 4а-4b иллюстрируют заполнение объема для твердого тела, содержащего одно или несколько включений. Соответственно, при проектировании может или не может изменяться последовательность пластов для удовлетворения различным требованиям/потребностям проектирования, изготовления и/или структурирования.
[0041] На фиг. 5а-5е показана деталь 500, где верх и низ формы слоя спроецированы, 506, назад на поверхность 206 слоистой структуры, причем деталь 500 включает в себя множество пластов 502, 504 (которые являются слоями композитной поверхности), которые должны наслаиваться вокруг сердцевины 208 в виде наращивания на поверхность 206 слоистой структуры. Как показано здесь, Z относится к высоте поверхности слоя; n обозначает целое кратное толщин нижележащих слоев. Не требуется, чтобы нижележащие слои имели одинаковую толщину.
Z
Z
Z
Z
а
Z
b
0
1
2
n
n
-1
[0042] Соответственно, например, если композитная деталь с объемом заполнения 10 мм и каждый пласт, например, имеет толщину 1 мм, первый пласт помещается на , второй - на , третий - на  и т.д. Проекция слоев 502, 504 в слое  на поверхность 206 слоистой структуры проиллюстрирована на , и проекция 506 включения 208 в слое  проиллюстрирована как . Стрелки 508 указывают на ориентацию нормали, указывающую в направлении объема.
[0043] Вновь со ссылкой на фиг. 5а, при заполнении структурных объемов, таких как деталь 500, содержащих одно или несколько включений, таких как включение 208, пласт 502, 504 должен учитывать зоны, где он лежит поверх поверхности, и зоны где он опирается на поверхность. Форма пласта должна быть составлена из корректной формы для верха пласта и низа пласта.
Z
Z
Z
Z
Z
n
-1
n
n
-1
n
n-1
[0044] Фиг. 5b иллюстрирует форму пласта, сгенерированную на поверхности 206 слоистой структуры для включения 208 на высоте . На фиг. 5с показана форма пласта, сгенерированная на поверхности 206 слоистой структуры для наружной поверхности 202 объема на высоте . На фиг. 5d показаны объединенные формы пластов от уровней  и , сгенерированные на поверхности 206 слоистой структуры. На фиг. 5е показан пласт на высоте .
Z
n
[0045] Фиг. 6 иллюстрирует функциональную блок-схему примерного способа определения распределения множества слоев композитного материала в структурном объеме, содержащем одно или несколько включений 600. Способ 600 может быть реализован системой, показанной на фиг. 1, фиг. 9, или другими системами. Способ начинается в блоке 602. В блоке 604, формы пластов для множества слоев композитного материала в структурном объеме, содержащем включения, генерируются в блоке 606 для каждого слоя . Методы определения форм пересечения включают в себя те, которые описаны в патенте США № 8,655,627 ʺDetermining a Distribution of Multiple Layers of a Composite Material Within a Structural Volumeʺ, выданном 18 февраля 2014 (включен в настоящий документ посредством ссылки), среди других методов известных в данной области техники.
[0046] В блоке 608 определяется, лежит ли форма на поверхности или опирается на поверхность. Примерные способы определения того, лежит ли форма на поверхности или опирается на поверхность, иллюстрируются на фиг. 7-8.
[0047] На фиг. 7 показана функциональная блок-схема примерного способа определения того, лежит ли форма на поверхности или опирается на поверхность 700, который может быть реализован системой, показанной на фиг. 1, фиг. 9, или другими системами. Способ начинается запуском в блоке 702. В блоке 704, инициализация начинается с загрузки модели CAD, такой как модель, показанная на фиг. 3. Модель CAD может храниться, например, в хранилище 112 данных, как показано на фиг. 1. Модель CAD, такая как модель 120 CAD, включает в себя одно или несколько включений 126, которые также могут храниться в хранилище 112 данных.
[0048] В блоке 712 вычисляется форма пересечения пласта и проекция на слоистую структуру, включая слои, которые могут иметь разную толщину материала, для заполнения структурного объема. Вычисленная форма пересечения пластов приводит к кривой CAD, которая затем используется для вычисления ориентации нормали для каждой формы пересечения, вычисленной для кривой для поверхности твердого тела в блоке 714, давая в результате скалярное произведение упомянутого пересечения. Скалярное произведение 122, опционально, может быть сохранено в хранилище 112 данных, если является предпочтительным для последующего использования. Ориентацию нормали можно получить из определения поверхности CAD. В блоке 716, система определяет, образует ли кривая низ или верх пласта, на основе полученного скалярного произведения, вычисленного в блоке 714. Если скалярное произведение указывает, что кривая образует низ пласта, способ продолжается в блоке 718. Если скалярное произведение указывает, что кривая образует верх пласта, то способ продолжается в блоке 720.
[0049] Фиг. 10а и 10b иллюстрируют максимальное и минимальное условия материала, 1000a, 1000b (соответственно), определяемые направлением нормали 'заполнения до'. Максимальное условие 1000a материала возникает, когда нормаль 1000c укладки и нормаль 1000d 'заполнения до' указывают в сторону материала, как показано на фиг. 10a. Минимальное условие 1000b материала возникает, когда нормаль 1000c укладки и нормаль 1000d 'заполнения до' указывают в разные стороны, т.е. нормаль 1000c укладки указывает в сторону материала, в то время как нормаль 1000d 'заполнения до' указывает во внешнюю сторону, как показано на фиг. 10b. Фиг. 10с иллюстрирует примерный вариант осуществления скалярного произведения, который дает результат, который указывает, образует ли кривая верх или низ пласта, как указано нормалями 1000d 'заполнения до', по сравнению с нормалями 1000c укладки.
[0050] Соответственно, если скалярное произведение нормали кривой 'заполнения до' и нормали кривой укладки меньше нуля, то существует максимальное условие материала. Если скалярное произведение нормали кривой 'заполнения до' и нормали кривой укладки больше нуля, то существует минимальное условие материала. Если скалярное произведение нормали кривой 'заполнения до' и нормали кривой укладки равно нулю, то существует либо максимальное, либо минимальное условие материала, и оно обычно может рассматриваться как максимальное условие материала.
Z
n
n
[0051] Со ссылкой на фиг. 7, если скалярное произведение указывает, что кривая образует низ пласта, в блоке 718 форма добавляется в контейнер низа высоты текущего этапа, например . Если скалярное произведение указывает, что кривая образует верх пласта, в блоке 720 форма добавляется наверх контейнера текущего этапа, например Z.
[0052] Фиг. 8 иллюстрирует альтернативный вариант осуществления функциональной блок-схемы примерного способа определения того, лежит ли форма на поверхности или опирается на поверхность 800, и может быть реализован системой, показанной на фиг.1, фиг. 9, или другими системами. Способ начинается запуском в блоке 802. В блоке 804, инициализация начинается с загрузки модели CAD, такой как модель, показанная на фиг. 3. Модель CAD может храниться, например, в хранилище 112 данных, как показано на фиг. 1. Модель CAD, такая как модель 120 CAD, содержит одно или несколько включений 126, которые также могут храниться в хранилище 112 данных.
[0053] В блоке 812 вычисляется форма пересечения пласта и проекция на слоистую стуктуру, включая пласты, которые могут иметь разные толщины материала для заполнения структурного объема.
[0054] В блоке 814, луч проводится от поверхности 'заполнения от' и определяется его пересечение с пересечением 'заполнения до'. Упомянутое пересечение луча, 122, опционально, может быть сохранено в хранилище 112 данных, если является предпочтительным для последующего использования. В блоке 816, система определяет, выходит ли луч из объема, на основе результирующего пересечения луча, вычисленного в блоке 814. Если пересечение луча выходит из объема, то способ переходит к блоку 818. Если пересечение луча не выходит из объема, то способ переходит к этапу 820. Фиг. 11 иллюстрирует такой пример.
[0055] Фиг. 11 иллюстрирует примерный вариант осуществления пересечения 1100 луча, которое формирует результаты, которые указывают, образует ли кривая верх или низ пласта. Луч 1102 пересекает кривые 1104, 1106 в точках 1104A, 1106B, 1106C и 1104D. Для кривой 1104, в пересечении 1104А, луч 1102 движется снаружи внутрь кривой и, таким образом, указывает минимальное условие материала. В пересечении 1104D, луч 1102 движется изнутри наружу кривой 1104 и, таким образом, указывает максимальное условие материала.
[0056] Для кривой 1106, в пересечении 1106B, луч 1102 движется изнутри наружу кривой 1106 и, таким образом, указывает максимальное условие материала. В пересечении 1106C, луч 1102 движется снаружи внутрь кривой 1106 и, таким образом, указывает минимальное условие материала.
Z
n
n
[0057] Снова со ссылкой на фиг. 8, если пересечение луча выходит из объема, в блоке 818 форма добавляется в контейнер низа высоты текущего этапа, например . Если пересечение луча не выходит из объема, в блоке 820 форма добавляется наверх контейнера текущего этапа, например, Z.
Z
Z
Z
n
-1
n
n
+1
[0058] Снова со ссылкой на фиг. 6, в блоке 608, если форма лежит на поверхности, то есть низ пласта, то форма помещается в контейнер форм низа в блоке 610. Если форма соответствует верху пласта, то форма объединяется с формами низа от предыдущей высоты () в блоке 612. В блоке 614, модель и проекция генерируются на поверхность слоистой структуры для слоя , и слой получает приращение в блоке 616 до . После того как все слои рассмотрены в блоке 604, способ заканчивается в блоке 618.
[0059] В результате способов генерируется модель, имеющая множество представленных композитных слоев, причем представленные композитные слои не находятся внутри одного или нескольких включений представленной композитной детали. Композитная деталь затем может изготавливаться на основе полученной сгенерированной модели с использованием любого метода изготовления, включая, без ограничения указанным, 3D печать, аддитивное изготовление, ручную укладку, автоматизированную укладку и другие способы распределения множества слоев композитного материала на поверхность слоистой структуры для изготовления композитной детали.
[0060] На фиг. 9 показана функциональная блок-схема примерной системы 900 обработки данных (также называемой компьютерной системой), в которой вариант осуществления может быть реализован, например, как часть PLM, CAD и/или система вычерчивания, оперативно конфигурируемая программным обеспечением или иным образом для выполнения процессов, как описано здесь. Представленная система обработки данных включает в себя по меньшей мере один процессор 902 (например, CPU), который может быть соединен с одним или несколькими мостами/контроллерами/шинами 904 (например, северный мост, южный мост). Например, одна из шин 904 может включать в себя одну или несколько шин ввода/вывода (I/O), таких как шина PCI Express. Также соединение с различными шинами в показанном примере может включать в себя основную память 906 (RAM) и контроллер 908 графики. Контроллер 908 графики может быть соединен с одним или несколькими устройствами 910 отображения. Следует также отметить, что в некоторых вариантах осуществления один или несколько контроллеров (например, графики, южный мост) могут быть интегрированы с CPU (на том же чипе или кристалле). Примеры архитектуры CPU включают в себя архитектуры IA-32, x86-64 и ARM.
[0061] Другие периферийные устройства, подключенные к одной или нескольким шинам, могут включать в себя контроллеры 912 связи (контроллеры Ethernet, контроллеры WiFi, контроллеры сотовой связи), предназначенные для соединения с локальной сетью (LAN), глобальной сетью (WAN), сотовой сетью и/или другими проводными или беспроводными сетями 914 или аппаратурой связи.
[0062] Другие компоненты, соединенные с различными шинами, могут включать в себя один или несколько контроллеров I/O 916, таких как USB-контроллеры, контроллеры Bluetooth и/или специализированные аудиоконтроллеры (соединенные с динамиками и/или микрофонами). Следует также понимать, что различные периферийные устройства могут быть соединены с USB-контроллером (через различные порты USB), включая устройства 918 ввода (например, клавиатуру, мышь, сенсорный экран, трекбол, геймпад, камеру, микрофон, сканеры, датчики движения) устройства 920 вывода (например, принтеры, динамики) или любой другой тип устройства, которое работает, чтобы предоставлять вводы или принимать выводы из системы обработки данных. Кроме того, должно быть понятно, что многие устройства, упоминаемые как устройства ввода или устройства вывода, могут предоставлять вводы и принимать выводы при осуществлении связи с системой обработки данных. Кроме того, должно быть понятно, что другие периферийные аппаратные средства 922, соединенные с контроллерами I/O 916 ввода-вывода, может включать в себя любой тип устройства, машины или компонента, который сконфигурирован для осуществления связи с системой обработки данных.
[0063] Дополнительные компоненты, подключенные к различным шинам, могут включать в себя один или несколько контроллеров 924 памяти (например, SATA). Контроллер памяти может быть соединен с устройством памяти 926, таким как одно или несколько устройств накопителей и/или любые ассоциированные съемные носители, которые могут быть любым подходящим не-временным машинно-используемым или машиночитаемым носителем хранения данных. Примеры включают в себя энергонезависимые устройства, энергозависимые устройства, устройства только для чтения, записываемые устройства, ROM, EPROM, память на магнитной ленте, дисководы гибких дисков, дисководы жестких дисков, твердотельные накопители (SSD), флэш-память, дисководы оптических дисков (CD, DVD, Blu-ray) и другие известные оптические, электрические или магнитные устройства хранения данных и/или компьютерные носители. Также в некоторых примерах, устройство памяти, такое как SSD, может быть соединено непосредственно с шиной I/O 904, например, шиной PCI Express.
[0064] Система обработки данных в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия может включать в себя операционную систему 928, программное обеспечение/встроенное программное обеспечение 930 и хранилища 932 данных (которые могут храниться на устройстве памяти 926). Такая операционная система может использовать оболочку интерфейса командной строки (CLI) и/или оболочку графического интерфейса пользователя (GUI). Оболочка GUI позволяет одновременно представлять несколько окон отображения в графическом пользовательском интерфейсе, причем каждое окно отображения предоставляет интерфейс для другого приложения или другого экземпляра того же приложения. Пользователь может манипулировать курсором или указателем в графическом пользовательском интерфейсе посредством указательного устройства, такого как мышь или сенсорный экран. Положение курсора/указателя может изменяться, и/или событие, например, щелчок кнопкой мыши или касание сенсорного экрана, может генерироваться для запуска желательного ответа. Примеры операционных систем, которые могут использоваться в системе обработки данных, могут включать операционные системы Microsoft Windows, Linux, UNIX, iOS и Android.
[0065] Контроллеры 912 связи могут быть соединены с сетью 914 (не являющейся частью системы 900 обработки данных), которая может быть любой общедоступной или частной сетью обработки данных или комбинацией сетей, как известно специалистам в данной области техники, включая Интернет. Система 900 обработки данных может осуществлять связь по сети 914 с одной или несколькими другими системами обработки данных, такими как сервер 934 (также не является частью системы 900 обработки данных). Однако альтернативная система обработки данных может соответствовать множеству систем обработки данных, реализованных как часть распределенной системы, в которой процессоры, ассоциированные с несколькими системами обработки данных, могут обмениваться данными посредством одного или нескольких сетевых соединений и могут совместно выполнять описанные задачи как выполняемые одной системой обработки данных. Таким образом, ссылаясь на систему обработки данных, следует понимать, что такая система может быть реализована в нескольких системах обработки данных, организованных в распределенной системе, осуществляющих связь друг с другом через сеть.
[0066] Кроме того, термин ʺконтроллерʺ означает любое устройство, систему или его (ее) часть, которые управляют по меньшей мере одной операцией, независимо от того, реализовано ли такое устройство в аппаратных средствах, встроенном программном обеспечении, программном обеспечении или некоторой комбинации по меньшей мере двух из них. Следует отметить, что функциональность, ассоциированная с любым конкретным контроллером, может быть централизованной или распределенной локально или удаленно.
[0067] Кроме того, следует понимать, что системы обработки данных могут быть реализованы как виртуальные машины в архитектуре виртуальных машин или в облачной среде. Например, процессор 902 и ассоциированные компоненты могут соответствовать виртуальной машине, выполняемой в среде виртуальных машин одного или нескольких серверов. Примеры архитектур виртуальных машин включают в себя VMware ESCi, Microsoft Hyper-V, Xen и KVM.
[0069] Специалистам в данной области техники будет понятно, что аппаратные средства, изображенные для системы обработки данных, могут варьироваться для конкретных реализаций. Например, система 900 обработки данных в этом примере может соответствовать компьютеру, рабочей станции и/или серверу. Однако следует понимать, что альтернативные варианты осуществления системы обработки данных могут быть сконфигурированы с соответствующими или альтернативными компонентами, например, в форме мобильного телефона, планшета, платы контроллера или любой другой системы, которая действует, чтобы обрабатывать данные и выполнять функциональность и признаки, описанные здесь, ассоциированные с работой системы обработки данных, компьютера, процессора и/или контроллера, обсуждаемых здесь. Представленный пример обеспечен только для объяснения и не подразумевает архитектурных ограничений в отношении настоящего раскрытия.
[0069] Как используется здесь, термины ʺкомпонентʺ и ʺсистемаʺ предназначены для охвата аппаратных средств, программного обеспечения или комбинации аппаратных средств и программного обеспечения. Таким образом, например, система или компонент может быть процессом, процессом, выполняемым на процессоре, или процессором. Кроме того, компонент или система могут быть локализованы на одном устройстве или распределены между несколькими устройствами.
[0070] Кроме того, как используется здесь, процессор соответствует любому электронному устройству, которое сконфигурировано с помощью аппаратных схем, программного обеспечения и/или встроенного программного обеспечения, чтобы обрабатывать данные. Например, описанные здесь процессоры могут соответствовать одному или нескольким (или комбинации) из микропроцессора, CPU, FPGA, ASIC или любой другой интегральной схемы (IC) или схемы другого типа, которая способна обрабатывать данные в системе обработки данных, которая может иметь форму платы контроллера, компьютера, сервера, мобильного телефона и/или любого другого типа электронного устройства.
[0071] Специалисты в данной области техники поймут, что для простоты и ясности полная структура и работа всех систем обработки данных, подходящих для использования с настоящим раскрытием, не изображаются и не описываются здесь. Вместо этого, для системы обработки данных изображено и описано то, что является уникальным для настоящего раскрытия или необходимо для понимания настоящего раскрытия. Остальная часть конструкции и функционирования системы 900 обработки данных может соответствовать любой из различных нынешних реализаций и практик, известных в данной области техники.
[0072] Хотя подробно описан примерный вариант осуществления настоящего раскрытия, специалисты в данной области поймут, что различные изменения, замены, варианты и улучшения, раскрытые в настоящем документе, могут быть выполнены без отклонения от сущности и объема раскрытия в его самой широкой форме.
[0073] Ни одно из описаний в настоящей заявке не должно рассматриваться как подразумевающее, что любой конкретный элемент, этап, действие или функция является существенным элементом, который должен быть включен в объем формулы изобретения: объем патентуемого предмета определяется только принятыми пунктами формулы изобретения. Более того, ни один из этих пунктов формулы изобретения не предназначен, чтобы требовать применения 35 USC 112(f), если только за точной формулировкой ʺсредство дляʺ не следует причастие.