Сергей Гальцев,
ведущий инженер-программист отдела разработки приложений, компания АСКОН
Композит — это составной материал, состоящий из армирующего наполнителя и связующего вещества. В качестве примера можно привести стеклоткань, пропитанную эпоксидной смолой. Существует множество композитных изделий. С помощью нашего приложения можно проектировать изделия, образованные структурой слоев, ориентированных определенным образом. Например, это набор слоев из углеродистой ткани. Подобная структура обеспечивает долговечность, прочность и точность производства таких изделий, что является важным в отраслях авиастроения, вертолетостроения, машиностроения и т.д.
Одним из подобных изделий является авиадвигатель. В нем применяется особая створка, изготовленная как раз из слоистых полимерных композитных материалов. На рис. 1 видно, что на ней много переходов, сгибов, то есть она имеет единую поверхность сложной криволинейной формы.
Рис. 1
В нашем приложении мы проектируем такие изделия слоями. То есть инженер-конструктор получает или строит в CAD-редакторе какую-то сложную поверхность со сгибами и переходами. Далее он строит на ней кривые по поверхности, формирует пакеты для группировки слоев и строит сами слои по границам, помещая их в эти пакеты. В результате формируется конструкторская модель, которая передается инженеру-технологу. Его задача — подготовить данные для производства и изготовления таких слоев. Для этого он может воспользоваться возможностью сформировать технологические слои по уже имеющимся в модели конструкторским слоям. Технолог проводит необходимые анализы этих слоев, строит операции и получает развертки изделия, которые отправляются на резак. Дальше он подготавливает данные для проектора, чтобы произвести выкладку уже нарезанных слоев и получить само изделие.
Кроме того, наше приложение обладает навигатором для работы с объектами композитов в CAD КОМПАС-3D.
Теперь более подробно расскажем о задачах, для которых мы используем инструмент полигонального моделирования у себя в приложении. При моделировании ткани возникает задача спрогнозировать поведение материала на поверхности сложной формы. Это нужно для того, чтобы предотвратить проблемы с укладкой материала, например рассчитать его складки и растяжения.
Первой задачей является анализ драпируемости. Результатом подобного анализа служит трехмерная сетка, цветовая раскраска которой показывает нам отклонение волокон материала. На рис. 2 можно увидеть ячейки разной формы. Для того чтобы получить такую раскраску, необходимо измерить угол отклонения ячейки и сравнить его с предельным, указанным для конкретного материала.
Рис. 2
Вторая задача — это надрезы и развертки. Анализ драпируемости на левой картинке показал, что у нас есть зона складки (красная зона на рис. 3). Выполнив надрез, инженер в итоге должен получить гладкий контур развертки на плоскости уже с учетом этого надреза.
Рис. 3
Хотелось бы поделиться историей создания нашей разработки. Год назад мы узнали о появлении внутри ядра C3D функции параметризации сетки. А что такое параметризация? Это отображение сетки на плоскость. Иными словами, это и есть развертка. Можно сказать, что наиболее известное применение параметризации — это натягивание структур на поверхность сложной формы (рис. 4).
Рис. 4
На этапе первого эксперимента мы приняли решение, что будем использовать в своем приложении 3D и инструменты полигонального моделирования. Для этого мы попросили создателей КОМПАС вынести функцию параметризации в API. Однако такая параметризация методом LinAbf++ для нашей оболочки не дала требуемого результата, так как изменение фиксированной точки не влияло на итоговую сетку. Для наших целей это очень важно: из всех точек поверхности нам нужно выбрать точку выкладки таким образом, чтобы на разных моделях было как можно меньше красных зон. Каждая красная зона приводит к разрезу, а лишние разрезы нежелательны (рис. 5).
Рис. 5
Следующим нашим экспериментом была оптимизация функции Rectify face и появление Unwrap mesh. Эта функция принимает на вход систему координат, за счет чего мы можем задать точку выкладки и направление основы, получив в результате разные деформации. Также в ней присутствует основной параметр оценки искажения — это угол сторон ячейки и сравнение его с углом 90 градусов. На рис. 6 приведена сетка, которая была у нас на начальном этапе и на которой видны ее проблемы. Первая проблема — сетка не дотягивалась до границы поверхности. При развертке получалась рваная, неполная граница сетки. Вторая проблема — относительно направления укладки на симметричных моделях мы получали несимметричные квады. На такой модели складки будут с двух сторон, но сетка этого не отражает.
Рис. 6
Мы приняли решение форсировать работу, потому что у нас появился интерес к этой области, и запросили у группы полигонального моделирования C3D Labs решение наших проблем.
Текущая наша сетка основана на алгоритмах FishNet и реализована через MbDrapMaker. Она стала более симметрична в симметричных моделях, у нее появилась граница (рис. 7).
Рис. 7
Вот таким (рис. 8) получился гладкий контур развертки с двумя надрезами. Он больше не рваный и выглядит достаточно гладко.
Рис. 8
Теперь алгоритм нашей работы будет таким: мы настраиваем точность сетки, настраиваем параметры вычисления развертки, создаем MbDrapMaker, по линии сетки получаем массив углов, для каждой линии вычисляем направление основы и получаем контур развертки (рис. 9).
Рис. 9
В наших планах развития — создание новых методов выкладки. На данный момент мы имеем единственный метод выкладки — это метод распространения точек сетки от точки выкладки. То есть мы берем точку, откладываем от нее направление основы и лутка, геодезически движемся во все стороны, по трем точкам получаем четвертую и таким образом клетка за клеткой получаем сетку на всю поверхность. Нам нужны и другие методы, потому что мы стремимся к тому, чтобы при построении сетки красных зон было меньше. На разных моделях различные методы будут давать разное количество красных проблемных зон. Кроме того, необходимы доработки самого MbDrapMaker. Сейчас развертки сложной формы не обрабатываются, часто бывают разрывы, и сетки различной криволинейной формы тоже иногда несимметричны. Мы надеемся на C3D Labs и ждем развития их инструментов полигонального моделирования.
