【航空工业行业标准(HB)】 基于CATIA建模要求 第8部分:复合材料结构件

中华人民共和国航空行业标准
FL0112
HB7756.8-2005
基于CATIA建模要求
第8部分：复合材料结构件
CATIA modeling requirements-Part 8: Composite structure
2005-12-26发布
国防科学技术工业委员会发布
2006-05-01实施
范围·
规范性引用文件，
术语和定义…
一般要求·
建模一般原则
建模一般要求
文件命名
自定义材质库
坐标系
图层定义与管理
详细要求
模型构建基本流程
三维模型要求·
二维图样要求
铺层编号·
铺层取向
铺层引注
铺设方向的标注
剖面符号
复合材料铺层图
铺层展开图·
铺层表
标题栏、明细表和加工栏
图样注语…
模型检查要求·
附录A
附录 B
附录 c
(规范性附录）
(资料性附录）
(规范性附录)
复合材料结构件模型构建基本流程·复合材料结构件建模过程示例
复合材料结构件第二种铺层编号的二维图样要求·HB7756.8-2005
HB7756.8-2005
HB7756《基于CATIA建模要求》分为十四个部分：第1部分：通用要求；
-第2部分：坐标系；
第3部分：飞机外形；
第4部分：机体结构件；
第5部分：机加件；
第6部分：锻铸件；
第7部分：钣金件；
一第8部分：复合材料结构件；
一第9部分：夹层结构件；
第10部分：地板件；
第11部分：内装饰板；
第12部分：绝缘垫；
第13部分：管路；
第14部分：线束敷设。
本部分为HB7756《基于CATIA建模要求》的第8部分，是对应用CATIA软件进行复合材料结构件建模提出的专用要求。
本部分的附录A、附录C为规范性附录，附录B为资料性附录。本部分由中国航空工业第一集团公司提出。本部分由中国航空综合技术研究所归口。本部分起草单位：中国航空综合技术研究所、北京航空航天大学。本部分主要起草人：郦正能、方卫国、徐阿玲、包大石、李岩、张景新。
1范围
基于CATIA建模要求
第8分：复合材料结构件
本部分规定了应用CATIAV5工程软件实施复合材料结构件的建模要求。HB7756.8-2005
本部分适用于型号研制中应用CATIAV5软件设计、修改和发放复合材料结构件中层压结构和夹层结构的建模。也适用于民品项目使用CATIA软件设计、修改和发放复合材料结构件中层压结构和夹层结构的建模。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GJB775.1-1989
军用飞机结构完整性大纲飞机要求HB5859.1-1996
飞机制图基本规定
HB5859.2-1992
HB5859.4-1996
HB7753-2005
HB7754-2005
HB7755-2005
HB7756.1-2005
复合材料结构件制图规定
飞机制图装配图画法
CATIA制图规则
CATIA文字、尺寸与公差标注
CATIA文件命名
基于CATIA建模要求第1部分：通用要求HB7756.2-2005
HB7756.3-2005
HB7756.4-2005
HB7756.9-2005
HB7795-2005
基于CATIA建模要求第2部分：坐标系基于CATIA建模要求第3部分：飞机外形基于CATIA建模要求第4部分：机体结构件基于CATIA建模要求第9部分：夹层结构件CATIA模型检查规定
HB/Z322-1998
飞机复合材料结构设计通用要求3术语和定义
HB7756.1-2005、HB/Z322-1998确立的以及下列术语和定义适用于本部分。3.1
芯子core
通常由比较厚的密度小的材料制成，在夹层结构中支持面板承受垂直于面板的压缩应力，并能防止面板发生轴压引起的属曲，即承受压缩和剪切载荷。3.2
面板panel
通常由比较薄的板材制成，在夹层结构中主要承受面内拉伸、压缩和面内剪切载荷。3.3
铺层组plygroup
一组具有连续铺层的集合。
HB7756.8-2005
铺层坐标rosette
铺层坐标系中铺层的取向基准。3.5
主销层组mainplygroup
构成复合材料零件的主要铺层的集合。3.6
次销层组secondaryplygroup
构成复合材料零件中除主铺层以外的其他莲续铺层的集合。3.7
子销层组subplygroup
构成复合材料零件中除主、次铺层以外的其他非连续铺层的集合。3.8
销层展开图laminaplanefigure
表示铺层展开后的形状和几何尺寸，绘制出每层铺层的边缘线，并引注铺层编号。3.9
铺层剖面图laminasectionalview表示铺层层次关系、铺层起止、拼接、几何尺寸及公差的图样。4一般要求
4.1建模一般原则
复合材料结构设计应符合GJB775.1-1989和HB/Z322-1998的规定，并符合如下原则：a）应利用共固化或胶接技术，尽可能将复合材料结构设计成整体件；b）应选择标准的、成熟的和合理的连接方式c
应选择合理的并经试验验证的结构形式：d）应充分利用铺层的可设计性，选取最佳的铺层角、铺层百分比和铺层顺序；应充分考虑产品的工艺性和提供加工时所需的工艺信息，应考使用中的维修性。e）
4.2建模一般要求
复合材料建模应符合如下要求：a）所有的复合材料零件应形成实体（Solid）。正式发出的CATIA模型，应使用最终实体b）区域成型的复合材料制件（DrapeFormedCompositeParts），应定义2D铺层展开图和带有边界线的贴模面：
带有等高线的无芯复合材料制件（ContouredCompositePartswithoutCore)，应定义基于贴模面c）
的线架、铺层投影图以及2D铺层坐标系；带有等高线的夹芯复合材料制件（ContouredCompositePartswithCore），应定义基于贴模面的d)
3D线架、投影图、2D铺层坐标系；e）复合材料结构铺层图中均应注明贴模面，贴模面一般选择外形表面f）应在建模的同时，利用CATIA软件本身提供的功能，建立数据间应有的链接关系和引用关系；g）在建模时应在模型上表达必要的生产所需工艺信息，所建模型数据必须通过的可生产性检查，4.3文件命名
复合材料结构件文件命名的构成及一般要求按HB7755-2005。4.4自定义材质库
在CATIAV5材质库中无所设计材料特性时，可自行建立自定义材质库，示例见表1。2
T300/QY8911
4.5坐标系
单层厚度
(kg/m2)）
1.65×103
纵向拉伸
模量Elt
复合材料建模坐标系应按下列规定：自定义材质库
纵向压缩
模量Ele
横向拉伸
模量E2t
横向压缩
模量E2
HB7756.8-2005
主泊松比
纵横剪切
模量G12
a）CATIA3D建模中坐标系的定义应符合HB7756.2-2005、飞机机体结构坐标系及其局部坐标系的要求；
所有模型都应建立铺层坐标系；铺层坐标系的其中X轴方向为纤维纵向（0°方向），XY平面为b）
纤维所在铺层的平面或曲面外形的切面，图1表示机身蒙皮XYZ坐标。图1
4.6图层定义与管理
应按需将复合材料铺层、网格线、曲面、实体定义等数据置于不同的图层中，图层的定义与管理按有关规定执行。
5详细要求
5.1模型构建基本流程
复合材料结构件建模基本流程见附录A。应用CATIAV5复合材料设计模块进行复合材料结构件设计的一般操作过程如下：
建立零件所需的结构空间模型：设置复合材料结构的材料库和纤维铺设角度；b）
在空间模型上定义铺层坐标系；定义区域组和其所包含的结构区域，定义过渡区域，并计算其间的接触连接，定义不同厚度区d)
域间的基准点；导入铺层数据，包括材料和每一种铺层角的层数；定义铺层和由具有相同铺层角的连续铺层组成的铺层组，定义芯子，定义的铺层表应包括以下e）
信息：铺层组，子铺层，铺层，材料，方向和坐标；f)
对上述自复合材料结构特征文件，即区域组、铺层、铺层组、铺层顺序、数据集、芯子等进行命名，命名应符合HB7755-2005的要求；g)
应用数值分析方法计算铺层，子铺层，铺层组的表面积、体积、质量、重心，以及费用等，并获得有关铺层的信息，包括子铺层，实体，材料，方向和局部坐标等信息；创建实体；
应将工程结构的表面转化为制造表面，定义结构工程边界（EEOP)和结构制造边界（MEOP)及3
HB7756.8-2005
其材料剩余，并进行可生产性检查，需要时可将一个层合结构的三维形状展开为二维形状；生成3D模型和2D工程图样；
k）生成铺层展开图。
复合材料结构件建模示例参见附录B。5.2三维模型要求
5.2.1层压板
复合材料层压板建模要求如下：除特殊需要外，结构应尽量采用对称铺层，并均衡铺贴，以减少固化变形；a
铺层设计应符合HB/Z322-1998的规定；b）
应合理选择开始铺设纤维的起点，以避免在铺层检查中出现过多的错误：d)
应根据外形要求合理选择模型的贴模面；e
在开口区应进行局部加强，并使相邻层的夹角尽可能小；在结构变厚度区域，铺层数递减处形成台阶，一般要求每个台阶宽度相等，且不小于2.5mm并铺设连续表面铺层以防剥离：同一铺层角的铺层不宜过多集中在一起，一般不宜超过四层；h)
当设计直接与铝合金或合金钢接触的碳纤维构件时，其表面应布置玻璃布层，以避免电偶腐蚀；在创建区域后所生成实体的厚度取决于定义材料库时所有材料厚度之和，并对结构实体进行强度校核；
当设计对公差有严格要求而难以由成形工艺直接获得其尺寸公差的构件时，拟控制公差部位的表面应布置专供机械加工的辅助铺层，通过对辅助铺层的加工，达到精确控制公差；铺层组的检查首先应将铺层组可视化并分析纤维工作状况，利用可生产检查(Producibility）功能进行计算模拟，纤维将显示出不同颜色。蓝色区纤维的变形表示在15°以下，红色区表示纤维变形超过30。黄色区域为合格区域其纤维的变形在15°到30°之间。在实体（Entity）对话框中设立的警告角度（WarnAngle）为15，限制角度（LimitAngle）为30，当实际角度数值处于两个角度之间时系统将自动默认。纤维在红色区表示产生了折褶或架桥。设计必须对铺层进行修改并对折褶处加切口（见图2），然后重新检查纤维工况。当不存在红色区域时，说明纤维变形角度很小，可认为是正确的铺层展开图。图2
5.2.2夹层结构
芯子建模应符合HB7756.9-2005的要求。面板按5.2.1要求建模
5.2.3复合材料实体
复合材料实体构建应符合下列要求：a）复合材料结构实体建模应符合HB7756.4-2005的要求；b）
复合材料结构件中与飞机外形有关的建模应符合HB7756.3一2005：HB7756.8-2005
各类模型当需要精确实体定义产品时，产品必须是完整的，不需要有额外的线架和曲面；c)
d）用实线建立实体几何图形；
铺层初步确定后应根据结构有限元分析结果重新修改铺层方向：e)
f对于对称结构应采用对称功能将一个几何元素以另一个几何元素为参考进行对称的动作。6二维图样要求
6.1总则
复合材料结构图按HB5859.4-1996、HB5859.1-1996、HB5859.2-1992和HB7753-2005、HB7754-2005等要求绘制。
6.2销层编号
复合材料制件中的每一层都应给出铺层编号，即任一层次的每一单独的铺层以及不同层次的相同材料、相同方向的铺层都应给出各自的编号。不同铺层组合类别的铺层编号和含义用铺层组别代号及序号加以区别。
铺层编号应采用两种表达方式，第一种表达方式按HB5859.2一1992，第二种表达方式见附录C。6.3铺层取向
铺层取向用各铺层的单向带纤维方向或织物的经线方向在对应铺设坐标系中的铺层角来表示。第一种编号表达方式的铺设坐标按HB5859.2-1992标识。第二种编号表达方式见附录C。6.4铺层引注
第一种编号表达方式的铺设坐标按HB5859.2-1992，第二种编号表达方式见附录C。6.5设方向的标注
复合材料建模铺设方向的标注应符合如下要求：a）用铺层的单向带纤维方向或织物的经线方向在对应铺层坐标系中的方位角表示铺设方向。铺设坐标应在平面图、主视图、向视图或示意图上明确示出。在坐标原点处应标注出各种铺层组的代号和序号。
铺层取向用第一种编号表达方式的铺设坐标按HB5859.2-1992标识。第二种编号表达方式见附录 C。
每个零件的主铺层组、次铺层组和子铺层组都应表示出各自的铺设坐标。若几个铺层组的铺设c）
坐标基准相同，可只绘制一个铺层坐标符号，在坐标原点处标注全部相同铺设坐标系的铺设组代号和序号。
d）对称的铺层组，可只绘制一个铺层取向坐标符号，在铺设坐标原点处应成对标注铺设层组代号和序号。
e）对于数量较多的简单细长零件，可以在图样的注中说明铺设坐标，如：“-3，-5，-7，-9，-10，-11”零件的铺设坐标0方向沿长桁轴线6.6剖面符号
部面符号按HB5859.2-1992中表1的规定。6.7复合材料铺层图
复合材料铺层图按HB5859.2-1992绘制。6.8铺层展开图
有些零件在用铺层展开图和铺层剖面图表达不清楚时，可采用铺层展开图表示。铺层展开图应表示5
HB7756.8-2005
出铺层展开后的形状和几何尺寸，绘制出每层铺层的边缘线，并引注铺层编号。铺层边缘的绘制和引注与铺层平面图相同。当一个铺层展开图不能将整个零件表示清楚时应绘制每层铺层或典型铺层的展开图。按照铺层特性可展开全部铺层，并可将铺层展开图放置到与复合材料部件相关联的“TopView”上，全部铺层展开图可按照它们的方向重叠显示或用图形子图显示，每一个子图显示一种展开形状。复合材料部件制造时应按照制造蒙皮的工程轮廓线为每一铺层建立制造轮廓线和铺层的制造基准6.9销层表
复合材料零件、组合件均应有铺层表。根据铺层编号方法不同有以下三种铺层表的表达形式：a）CATIAV5给定的铺层表格式，见表2表2CATIAV5铺层表格式
SEQUENCE
PLY/INSERT
MATERIAL
b）按HB5859.2-1992中规定的格式和要求填写的铺层表；c）按附录℃的格式和要求填写的铺层表6.10标题栏、明细表和加工栏
6.10.1标题栏
DIRECTION
复合材料零件图中，标题栏的材料栏填写“见铺层表”字样。复合材料组合件图中，标题栏的材料栏填写“装配件”字样。
6.10.2明细表
复合材料的明细表与其他明细表填写相同，不允许出现铺层组合类别代号和铺层编号。材料栏中，对于复合材料组合件填写“装配件”字样：对于复合材料零件填写“复合材料”字样：对于无图零件填写“见铺层表”字样；复合材料零件和组合件不填毛料尺寸。6.10.3加工栏
加工栏中填写“见注”字样。
6.11图样注语
除常规的图样注语外，复合材料零组件图样注语还应包括下列内容：材料代号的说明；
铺层表中拼接要求栏所注旗标的说明：b)
每种材料固化后的单层理论厚度及层压板厚度公差：零件固化后的纤维体积含量及容差：纤维方向偏差；
固化后的空隙含量限制；
充许固化后制件存在的缺陷或加工过程中造成损伤的部位及尺寸：加工表面的粗糙度及钻孔精度要求：表面防护要求；
若采用普通螺栓连接应规定的拧紧力矩；注明成型方式；
缝纫要求；
m）标注随炉试片要求。
模型检查要求wwW.bzxz.Net
模型检查按HB7795-2005。
附录A
(规范性附录）
复合材料结构件模型构建基本流程复合材料结构件模型构建基本流程见图A.1。★
启用复合材料模块设置基本参数立
定义区域组、区域和相应的连接性检查
HB7756.8-2005
HB7756.8-2005
B.1建模过程
B.1.1建立模型
附录B
(资料性附录）
复合材料结构件建模过程示例
首先应用CATIA基本功能建立零件所需的空间模型，包括所需的点、线、面，坐标轴，如图B.1。8840
B.1.2设置参数
进入机械设计“MechanicalDesign”模块下的复合材料设计“CompositesDesign”单元中，首先定义所需的材料库。然后点击“CompositesParameters”设置适当的参数。在“Direction”中填加或删除纤维的铺设方向，并可以通过上移或下移改变排列顺序，如图B.2。图B.2