基于ABAQUS的纬编针织物热传递有限元分析

为探索针织物热舒适性设计的评估和优化新思路,提供一种有效预测针织物热阻和表面温度变化的方法,对织物系统一维热传递进行有限元模拟。基于对织物试样尺寸测量得到的几何结构参数,利用三维建模软件Rhino建立纬编针织物的几何模型,并考虑织物周围静止空气,构成织物系统的三维模型;借助ABAQUS有限元分析软件,根据模拟环境设置载荷及边界条件,求解模拟数值,得到织物系统温度分布云图和热流图。最后将仿真结果和试验结果对比,对数值模拟结果进行验证。结果表明:织物外表面温度的模拟值与试验热阻值相对误差为2.62%,两者吻合度较高,证明有限元仿真的可行性;相同针织物规格下,羊毛和腈纶针织物热阻相差不大,并且大于棉针织物。     

织物热传递的数值模拟研究进展

文章介绍了织物数学模型的建立方法、热传递的基本理论,评述了近年来织物热传递数值模拟的研究进展,明确提出织物三维结构热传递的模型研究是今后织物热传递数值模拟的发展趋势。     

碳纤维织物在热流冲击下的热传递数值模拟

为研究纺织材料在热流冲击下的热传递性能,以碳纤维平纹织物为例,利用电子显微镜获得纱线的几何结构参数、经纬纱交织路径及横截面形状,建立碳纤维织物单元结构模型,基于传热学的基本方程,利用有限元法数值求解织物厚度方向上的温度随时间变化曲线。结果表明:利用创建的热流冲击下织物热传递数值模型可预测织物背面温度随时间变化的情况;试验验证发现,利用数值模型计算获得的织物背面温度随时间的变化趋势与试验结果一致,当织物表面分别施加热流密度为1 319 W/m²和1 103 W/m²时,织物背面温度的模拟值和试验值的平均相对误差分别为6.64%和3.28%。说明所建立的数值模型能较好地反映碳纤维平纹织物动态传热过程,可为高温热流冲击下隔热耐烧蚀织物的开发和性能优化提供理论参考。     

玻璃纤维交织织物的热传递数值模拟

实测织物的组织结构参数和纱线的交织规律,建立了玻璃纤维平纹织物几何模型,利用有限元方法对玻璃纤维织物的热传递性能进行数值模拟。与显微镜图像对比表明,织物模型很好地反映了其几何结构特点。数值模拟结果可直观显示不同时间点织物上的温度分布情况。对织物进行烧蚀试验,将所测织物上的温度随时间变化曲线与数值模拟结果进行比较,结果显示二者同一时刻温度的平均相对误差在10%以内,模拟结果能直观反映织物组织结构对热量传递的影响。     

织物热传递性能研究

从人体、服装、环境这一系统出发，探讨了织物层数和层间空气层厚度变化对热传递规律的影响。从紧贴织物和非紧贴织物两种情况入手，得到热传递随织物层和层间空气层厚度变化的规律；织物间空气层厚度的增加，会使织物总的克罗值增大，但随着层数的增加，总的克罗值增大的幅度越来越小。如果厚度太大，克罗值不仅不增加反而减小。     

织物热传递性能研究

从人体、服装、环境这一系统出发,探讨了织物层数和层间空气层厚度变化对热传递规律的影响。从紧贴织物和非紧贴织物两种情况入手,得到热传递随织物层和层间空气层厚度变化的规律;织物间空气层厚度的增加,会使织物总的克罗值增大,但随着层数的增加,总的克罗值增大的幅度越来越小。如果厚度太大,克罗值不仅不增加反而减小。     

机织物的热传递与强热条件下热防护性能

在高低温、热辐射和烈火场等强热物理场,要求服装具有隔热功能。为探究组织结构、热源强度对机织结构材料热防护性能的影响,采用有限元模拟方法,研究热源强度为0.8 kW/m²条件下,6种组织芳纶、涤纶机织结构材料的瞬态热传递过程特征,得到材料的温度云图和表面温度时变图,观察温度时变图,从隔热时间和隔热温度2个维度提出强热条件下评价织物热防护性能的5大指标。结果表明：热流沿纱线浮长传递,形成与浮长相关的上、下表面温度和温差;热流达到下表面的滞后时间越长,下表面的温升速度越慢,形成的温差越大,下表面形成的稳定温度越低,材料的防护效果越好,6种组织的隔热防护性能由低到高排序为：平纹、2上1下斜纹、3上1下斜纹、4上1下斜纹、5上1下斜纹、6上1下斜纹;在常规热源条件下,单层织物能够有效阻止热流滞后约1.5 s,强热条件下,需增加防护厚度或叠加其它材料以提高隔热能力;辐射热防护性能测试表明,实验结果与模拟结果存在很好的一致性。     

基于结构特征的织物热传递性能预测研究进展

为了预测织物热传递性能,更好地进行织物设计,从而提高织物的热舒适性能,从不同建模方法的角度介绍了与织物结构参数及内部特征相关的织物热传递性能预测模型,包括统计模型、人工神经网络模型、数学理论模型和有限元模型,并分析了各类预测模型的特点和适用范围。回顾并总结了近年来国内外织物传热模拟的研究现状。此外,总结了含水分织物以及含相变材料织物的热传递模型及研究进展。综合以上文献分析,指出可通过优化织物结构特征提升织物热传递性能,并提出织物传热性能预测研究的发展趋势,为服装热舒适性研究提供新的思路。     

基于ABAQUS的三原组织机织物拉伸力学性能模拟

为更好地了解平纹、斜纹和经面缎纹3种基本组织纯棉机织物抵抗外力拉伸变形的能力,在实际测量织物结构参数的基础上,提出一种评价和预测机织物拉伸性能的方法;借助专业纺织建模软件Texgen建立织物三维细观模型;利用有限元软件ABAQUS,依据织物拉伸环境设置材料属性、相互作用和边界条件等计算模型数值解;通过织物拉伸强力测试实验验证数值模拟结果的有效性。结果表明:平纹织物、斜纹织物和经面缎纹织物拉伸应力、应变模拟结果与实验测试结果差异率均在6%以内;在原料、经纬纱密度和捻度、织物经纬密都相同的条件下,平纹织物抵抗外力变形的能力更强。     

织物热传递性能的影响因素

在分析织物热传递机理的基础上,详细阐述了影响织物热传递性能的主要因素。织物的热传递机理,以纺织品为研究对象,其传热方式包括传导、对流、辐射和伴随着水汽传输而发生的潜热传递;影响织物热传递性能的因素主要有：纤维导热系数、织物结构、织物结构参数和环境温度,现从这四个方面研究了其对织物热传递性能的影响。     

采用ABAQUS的粘胶机织物拉伸力学性能仿真

为预测织物拉伸性能,采用有限元方法对织物拉伸力学进行数值模拟分析。在实测织物几何结构参数的基础上,借助纺织建模软件Texgen建立了织物模型;利用有限元软件ABAQUS模拟织物拉伸环境,设置材料属性、相互作用和边界条件,得到织物拉伸变形后应力分布云图以及拉伸时应力—应变曲线图等数值模拟结果;最后通过织物拉伸强力测试实验对数值模拟结果进行了验证。结果显示：模拟所得应力—应变曲线和实验所得拉力—伸长曲线上升趋势大致相同;模拟所得最大拉伸应力与实验所得拉伸应力平均误差为3.03%,证明了采用ABAQUS有限元软件模拟粘胶织物拉伸力学性能的是可行的。     

考虑内部辐射下织物热湿传递现象的数值研究

人体在着装情况下的热湿传递现象对人体的热舒适性的研究有着很重要的地位。考虑了由于温度差而引起的织物内部的辐射热传递，对织物中的热湿传递现象进行了数值研究，建立了考虑辐射现象下织物内部热湿传递的简单模型，并讨论了计算结果。     

Investigation of automated geometry modeling process of woven fabrics based on the yarn structures

Fabric structure has a significant effect on the thermal protective performance of fabrics. Before studying the thermal performance of textiles by numerical methods, it is essential to create geometric models of textile structures. Common fabrics, such as plain weave, 2/1 twill, 3/3 twill, 5/3 satin, and double layer fabric, were modeled using TexGen software. To obtain the input data for geometry simulation of fabrics, geometric measurements were studied. Methods of modeling fabric geometries according to their yarn path function and cross-sectional shapes were introduced. The appearances of the geometric models were very close to the structures of the real fabrics when compared to their light microscopic images. The fabric models were well used to simulate the heat transfer properties of glass fiber fabrics.     

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...     

Finite element analysis of monofilament woven fabrics under uniaxial tension

Mechanical behavior of woven fabrics under tensile load is complex because their deformation could result from the combined effects of tension, compression, bending, and shear. In this study, the tensile behavior of woven fabrics is simulated using finite element method. The input parameters are the mechanical properties of constituent yarns obtained from tensile and friction coefficient tests and the geometry of woven fabric repeating unit. First, a 3D geometric model of the repeating unit based on Pierce’s model was built using computer-aided design tools. Then, finite element analysis which incorporates material properties, frictional contact, and periodic boundary conditions was implemented using ANSYS. A non-linear mechanical behavior was defined. Frictional contact algorithm for the cross-sectional zone of the repeating unit and periodic boundary conditions to the contour of the repeating unit was implemented. Numerical simulation data and experimental data were compared, which showed good agreement.     

基于ABAQUS的涤/棉混纺机织物起球过程有限元仿真

为更好地了解涤/棉混纺机织物起毛起球过程,基于对织物起球过程表面毛羽测量得到的毛羽分布特征,借助PYTHON语言建立了织物及其表面毛羽的几何模型,同时利用有限元软件ABAQUS研究了涤/棉混纺机织物表面毛羽的起球过程,分析了涤纶弹性模量对涤/棉混纺机织物起球过程的起球等级、能量吸收形式的影响规律,并将有限元仿真的起球结果和实测起球结果进行对比分析。结果表明:涤纶弹性模量的增加使得涤/棉混纺机织物的起毛起球等级降低;摩擦耗散能是涤/棉混纺机织物起毛起球过程的主要能量吸收形式,织物起毛起球等级的仿真结果与实验结果的差异在7.4%以内,证明有限元仿真的可行性。