纬编针织物三维模拟技术的研究现状与发展趋势

通过系统地介绍纬编针织物三维模拟技术和其发展历史,详细分析了纬编针织物三维模拟技术面临的挑战、近期的研究热点和未来的发展方向,以期为针织物三维模拟技术的发展提供一定的依据。从线圈模型、纱线真实感和织物物理模型３ 个方面阐述了纬编针织物三维模拟技术的研究历程。分析了国内外学者多年的研究与探索,以及三维模拟技术从单纯的静态模拟发展到拥有物理属性的动态模拟的过程;总结了三维模拟技术现有成果的优势和不足,在此基础上,分析认为该技术在未来会朝着模拟方法物理化、线圈类型多元化和应用范围多样化3个方向发展。     

纬编针织物三维仿真技术的研究现状与发展趋势

文章从纱线、织物组织两个方面阐述了纬编针织物三维仿真技术的研究现状,分析总结了各阶段成果的优势与不足,并就纬编针织仿真技术在未来的发展趋势做了详细的分析。     

基于ABAQUS的筒状纬编针织物拉伸力学性能模拟

为更好地了解筒状纬编针织物抵抗拉伸变形的能力,基于对织物试样尺寸测量得到的几何结构参数,借助Rhino 3D建模软件建立了纬编针织物线圈模型和筒状纬编针织物模型;同时利用有限元分析软件ABAQUS在单位线圈和筒状织物2个方面研究了筒状纬编针织物的纵向拉伸性能;对织物拉伸过程进行有限元模拟和实验验证,并对针织物拉伸过程中纱线形变和应力分布进行探讨,将有限元仿真结果和拉伸实验结果进行对比分析。结果表明:筒状针织物纵向拉伸时,发生线圈转移和纱线伸长现象,其形变和应力变化的有限元分析结果描述准确,应力-应变数值计算结果与实验结果的差异在8%以内,证明有限元仿真的可行性。     

纬编针织物刺物准静态侵彻线圈扩张长度分析

通过纬编针织物刺物准静态侵彻实验和线圈滑移长度分析系列实验，对单面纬编针织物剌物穿刺过程中的线圈纱线滑移扩张进行研究。分析线圈纱线扩张长度的大小、影响因素和计算方法，其结果可作为研究建立纬编针织物穿刺响应计算模型的基础。     

基于纱线纹理的横编线圈快速仿真与计算机实现

为建立适用于横编针织物CAD快速设计的真实感较强的线圈图元,对线圈模型以及线圈表面纹理变化等进行研究,建立了从平直纱线向弯曲线圈变形的纹理变化模型,形成线圈的真实感纹理,并在此基础上结合光照变化对线圈真实感进行优化。结合理论算法研究开发了计算机实现程序,并实现了不同纱线的线圈纹理模拟,验证了本算法的可行性,为开发基于线圈结构的针织物CAD快速设计提供了真实感较强,且纱线原料可调的线圈图元模拟方法,对于针织物仿真具有一定理论参考价值。     

大小头筒状纬编针织物建模及其线圈长度逆向设计

为解决针织物成形存在工艺设计目标与成形织物差异大的问题,提出一种从目标织物出发的织物线圈长度设计方法。根据圆形纬编针织机和纬编针织物的特性,将织物在周向和轴向划分为单元,提出基于Pierce模型改进的梯形线圈模型,并对大小头筒状纬编针织物建模。在此基础上得到各线圈长度与目标织物参数间关系,实现从目标织物出发的织物线圈长度计算,根据此控制线圈长度实现大小头筒状织物的设计。实验结果表明,大小头筒状纬编针织物中线圈长度的变化,理论与实际结果基本一致。根据提出的基于梯形线圈模型的建模方法,可依据大小头筒状纬编针织物参数得到任意线圈长度,实现线圈长度逆向设计。     

纬编针织物方向与弹性及刚柔性的关系

从机织和纬编针织物的基本结构单元，分析织物的折皱弹性和刚柔性与织物方向的关系。纬编针织物因线圈本身纵、横向的差异，造成织物纵、横向性能的差异。     

基于交织点改进弹簧-质点模型的纬编针织物动态变形模拟

为了对不同线圈单元组成的纬编针织物进行动态变形模拟,从而预设织物结构形态和加速面料设计流程。首先通过建立三维结构模型,获得了线圈中心线型值点和交织点之间的关系,并基于交织点改进传统弹簧-质点模型,得到了与纬编针织物适配度更高的变形模型,然后以交织点为桥梁关联结构模型和变形模型,通过NURBS曲线反算原理绘制线圈中心线路径,采用力学求解方法不断更新织物形态变化,使用计算机工具展现了关联模型的动态模拟过程,并举例展示了不同织物组织的变形模拟效果。模拟效果表明,建立的三维结构模型具有合理性与真实性,改进的弹簧-质点模型具有极高的适配性,基于交织点关联两者为后续模拟提供了支撑,采用NURBS曲线并通过力学求解等方法实现纬编针织物的三维动态模拟具有可行性。     

纬编针织物耗纱量预测研究进展

针对纬编针织物在生产过程中耗纱量预测的问题,在研究单面和双面纬编针织物编织规律的基础上,选择面积法与累计线圈法预测织物生产中的耗纱量。探讨面积法与累计线圈法预测纬编针织物耗纱量的具体方式,并详细介绍了影响2种预测方法的主要影响因素--织物单位面积质量及基本组织线圈长度的计算方法,分析了2种方法的优点、不足及应用前景等,为进一步研究纬编针织物耗纱量预测提供理论基础,也为相关企业生产经营提供参考。     

基于弹性杆理论的纬平针织物三维建模

基于前人研究的线圈弹性杆理论模型,研究了高性能纱线纬平针织物中线圈的三维几何形态。利用弹性杆模型计算得出纬平针织物线圈上的型值点,再采用三次B样条曲线插值对线圈的几何形态进行三维仿真,结果发现模拟出来的三维纬平针织物与纬编弹性杆模型有很好的一致性;同时通过实际编织的高性能纱线纬平针织物与弹性杆理论模型进行比较,发现刚性链类高性能纤维更适合于使用弹性杆理论。     

纬编针织物导热性能的有限元仿真

为了提出一种用于优化、评估、预测针织物导热性能的方法,文章探索了纬编针织物热量传递的有限元仿真模拟,尤其是夏季汗衫面料,因为其导热性能与人体舒适性密切相关。首先使用织物厚度仪和超景深显微镜获取织物结构参数,通过插入三次B样条曲线建立纬平针织物的三维几何模型。然后将单元线圈模型导入有限元分析软件STAR-CCM+中,通过网格划分、边界设置、迭代计算步骤进行数值计算,并和实验值进行了比较分析,误差在4%以内。表明此方法具有一定的实用性,可用于预测纬编针织物的导热性能。     

复杂曲面筒状纬编针织物的建模仿真研究

为了使筒状纬编针织物具有更加真实的模拟效果,为纺织CAD设计人员提供更加直观以及准确的工艺设计思路,文中提出通过NURBS建立筒状纬编针织物的三维模型,并根据圆形纬编针织机和纬编织物的特性进行网格划分,在划分得到的网格单元内设定控制点并建立线圈模型。运用OpenGL开放图形库和Visual Studio,在计算机上进行复杂曲面筒状纬编针织物的三维仿真,为纬编针织物的三维仿真提供思路。     

无捻纱纬编针织物的性能实验与分析

本文对所制得的纯棉无捻纱纬编针织物的项破强力、透气性能和吸湿快干性能进行了实验，并与同等条件的纯棉纱针织物进行了对比分析，证明无捻纱纬编针织物的顶破强力约低于纯棉纱针织物的17％；透气性约为同等条件纯棉纱针织物的两倍；吸湿能力高于同等条件纯棉纱针织物的12％；达到同等干燥程度无捻纱纬编针织物少用30％的时间。同时对无捻制品的市场作了初步调查，并预测无捻制品将有很大的市场潜力。     

真丝／氨纶包覆丝纬编针织物染色疵点分析及克服方法

本文论述真丝／氨纶包覆丝纬编针织物一浴法染色易产生“露白”、“条花”等疵点原因。从染料的结构性能着手，通过试验和分析，对真丝／氨纶纬编针织物一浴法染色出现的“露白”“条花”等疵点提供了解决方法。     

密度非均匀分布纬编针织物的变形预测及仿真

针对不同密度的纬编针织物组织结合形成的织物成品变形明显、成品效果预测难度大的问题,提出了一种密度非均匀分布的纬编针织物的变形预测及仿真方法。基于织物中不同密度成员织物组织的具体分布情况,提出了对应的织物弹簧-质点模型的初始状态的确定方法,在此基础上对质点进行受力分析并建立相应的力学微分方程,通过数值方法求解力学微分方程得到质点位置;基于二维Peirce线圈模型建立NURBS线圈模型,并确定曲线控制顶点和织物圈距、圈高的关系,进一步建立质点-控制点关联式;将质点受力偏移后的位置代入质点-控制点关联式,实现带有曲线线圈形态的密度非均匀分布的纬编针织物变形模拟;将织物仿真图与真实针织样品进行对比,结果表明仿真效果可靠。     

纬编针织物抗撕裂和抗穿刺性能研究

基于针织结构具有良好的成形性、极好的能量吸收性和抗冲击疲劳性能这一特点,研究了纬平针、单珠地集圈、畦编集圈这3种纬编针织物的抗撕裂性能与抗穿刺性能,并探讨了两者的相关性。单缝法撕裂实验表明:纬编针织物横向的抗撕裂强力大于纵向;纬平针织物的抗撕裂性能要好于单珠地织物;线圈长度对纬编针织物横向撕裂强力无明显影响,但线圈长度越大,纵向抗剪切性能越好。综合准静态抗穿刺实验结果得出:抗剪切性能和抗穿刺性能都与外力作用方向和织物组织有关;同一织物,45°方向抗穿刺性能最强,90°方向次之,0°方向最弱;经当量计算发现畦编集圈织物的抗穿刺性能要优于单面纬平针织物。因此,单缝法测得的撕裂强力不能用来表征纬编针织物的抗穿刺性能。     

用于图像识别的纬编针织物组织结构编码研究

探讨纬编针织物组织结构的编码方法,使其适应计算机图像识别以及自动化控制生产的需要。基于对已有针织物组织结构分类方式的分析与整理,理清计算机图像识别的编码要求,然后根据识别程序编写的需要对针织物组织结构进行重新分类编码。研究结果表明,采用新的编码方式,能支持将自动识别进行到线圈级别,使计算机识别纬编针织物组织结构达到线圈级别有了实现的基础。     

结合图像频域和空间域的纬编针织物密度检测方法

为解决当前基于图像处理测量纬编针织物密度准确度不高、稳定性较差等问题,提出一种结合频域和空间域来测定针织物密度的方法。首先通过离散小波变换重构针织物线圈图像获得线圈结构清晰的图像,再分别提取线圈灰度及二值图的灰度曲线。利用提出的基于概率密度统计的波谷坐标校验算法,结合线圈坐标校验算法获得实际线圈所在列坐标;再利用八邻域广度优先搜索算法求出纬编针织物横、纵方向的线圈个数,得到针织物横密和纵密。结果表明,密度检测方法与人工测量数据相比误差小于1.7％,该方法适用性好,运算量小,准确率高,可实现纬编针织物密度的自动化测量。     

衬纬对纬编针织复合材料性能的影响

文中用苎麻和玻璃纤维设计、织造了米拉诺罗纹加衬纬和变化畦编加衬纬纬编针织物 ,并用RTM成型工艺与树脂进行复合研制纬编针织复合材料 ,测试和分析了针织物复合前后的拉伸性能 ,发现纬编针织复合材料沿衬纬方向的拉伸性能主要取决于衬纬纱。高强高模衬纬有利于提高纬编针织复合材料的初始模量和强度     

提高纬编针织物尺寸稳定性的探讨

分析了纬编针织物的变形机理,介绍了提高纬编针织物尺寸稳定性的有效途径和具体方法。