基于离散元-有限元联合算法的纤维流场变形行为

纤维在气流中的动态特性对织物的结构和性能有着决定性的影响。为研究柔性纤维在纺织各环节不同流场下的转移变形演化过程，采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法构建了在空间各向位置存在速度差异的特征流场分布，并在此基础上构建了离散元多球链柔性纤维模型，利用欧拉-拉格朗日法耦合求解自由纤维的运动轨迹，并讨论了其在差异流场中的受力情况与转移变形行为。结果表明：纤维初始取向角度会影响弯曲效果，随着纤维主体与气流方向的夹角增加，纤维越容易呈现弯曲形态；不同的纤维喂入位置会影响气流累积作用，纤维端之间所受气流力的差值越大，累积作用时间越长，纤维的弯曲效果越显著；纤维间的交互作用会使纤维簇发生分层现象，不利于多数纤维的混杂与弯曲变形。该研究揭示了单根柔性纤维和纤维簇在流场中的弯曲变形机制，提供了研究纤维在复杂流场中运动和变形的有效方法，可以为改善纺织工艺提供指导。