[发明专利]一种基于数字单元法的三维正交织物织造过程建模方法

说明书

本发明涉及一种基于数字单元法的三维正交织物织造过程建模方法，属于织物建模领域，包括S1：通过研究贾卡织机机构，建立织机关键部件模型，并输入材料参数和织机参数；S2：根据织物单胞在织造时经纱和接结纱的运动规律，构建织造矩阵和织物单胞几何结构的映射关系；S3：通过逐步模拟织机五大运动，建立在不同经纱和接结纱张力比下的纤维尺度织物单胞模型，并与织物样本进行对比分析；S4：通过仿真与实验对比分析，揭示经纱和接结纱张力比对织物厚度、宽度以及筘张力的影响规律。本发明能达到模拟和预测织物织造过程运动和织物微观几何结构的作用，可为后续织物和织物增强复合材料的力学性能分析奠定良好的理论基础。

技术领域

本发明属于织物建模领域，涉及一种基于数字单元法的三维正交织物织造过程建模方法。

背景技术

近年来，众多学者在不同尺度下对三维机织物几何结构的建模方法展开了研究。马崇启等使用二段三次Bezier曲线拟合纱线轴心线，假定纱线截面形态为椭圆形，通过放样建模方法得到了织物几何模型；朱建华等将纱线截面假定为椭圆形，纱线轨迹使用三次B样条曲线表示，建立了三维多层织物几何模型。王旭等假设纱线截面为圆形，不考虑挤压等导致的截面及轴线变形，在3ds Max软件中对三维正交织物几何结构进行了参数化建模。上述模型均基于理想化纱线截面和路径假设，事实上，真实纱线由成百上千根纤维组成，纤维随织造过程的移动使得纱线截面形状不规则，同时也会随纱线路径发生改变。

为了精确表征纱线截面形态和纱线路径信息，以下学者将纱线离散成多根纤维对织物进行了建模。Ying等和Daelemans等将纤维模拟为桁架单元组成的数字链，分别在亚纱线尺度建立了三维正交织物和角联锁织物几何模型。Green等将纱线模拟为由61根梁单元链组成的纤维集合体，对单胞施加周期性边界条件，并对织物成形过程进行了仿真。

上述研究均在亚纱线尺度开展，建模方法仅对织物单胞进行建模，然后将单胞沿纬向和经向进行复制拼接，获得特定尺寸的织物。然而，织物的形成是一个动态的过程，织造过程中多种因素共同决定织物微观几何结构。相邻单胞之间也存在着差异，上述建模方法均未考虑到这一因素。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于针对现有建模方法难以考虑织造过程对织物成型作用的问题，提供一种基于数字单元法的三维正交织物织造过程建模方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于数字单元法的三维正交织物织造过程建模方法，通过对织机关键部件以及织造过程五大运动建模，建立三维机织物微观几何结构，包括以下步骤：

S1：通过研究贾卡织机机构，建立织机关键部件模型，并输入材料参数和织机参数；

S2：根据织物单胞在织造时经纱和接结纱的运动规律，构建织造矩阵和织物单胞几何结构的映射关系；

S3：通过逐步模拟织机五大运动，建立在不同经纱和接结纱张力比下的纤维尺度织物单胞模型，并与织物样本进行对比分析；

S4：通过仿真与实验对比分析，揭示经纱和接结纱张力比对织物厚度、宽度以及筘张力的影响规律。

进一步，步骤S1中，织机关键部件包括综丝、综眼、筘、梭、张力装置、弹簧单元、卷取辊。

进一步，在步骤S2中，根据织物单胞结构，使用包含“-1”“1”的织造矩阵来表示织造过程中经纱和接结纱的运动规律。

进一步，在步骤S4中，建立5组不同纱线张力组合的三维正交织物几何结构数值模型来预测和探究真实织物微观几何结构。