為了反映織物內部紗線的空間構型和微觀幾何結構,針對在織物建模過程中,因忽略纖維間的相互作用而引起的紗線截面形狀變化的問題,基于數字單元法理論,提出了一種計算纖維間摩擦力的方法。通過紗線纖維化離散,用數值模擬和仿真方法模擬三維正交織物成型過程,建立了5種精度遞進的微觀幾何結構數值模型。5種模型中的每根紗線分別由4、7、12、19和37根數字纖維表征。研究結果表明:隨著紗線纖維化離散程度的提高,仿真時間延長,織物厚度減小,纖維體積分數增大,節(jié)點平均作用力下降速度變緩,勢能變小;當每根紗線由19根數字纖維組成時,所建織物的微觀幾何結構數值模型與真實織物樣本在顯微鏡下的內部切片圖像較為吻合。 

【文章來源】：紡織學報. 2020,41(07)北大核心EICSCD

【文章頁數】：8 頁

【部分圖文】：

摩擦力計算方法示意圖

本文建立的三維正交織物模型由低結晶碳化硅纖維組成，紗線截面積為8.66×10-8m2，纖維軸向彈性模量為190 GPa，纖維橫向彈性模量約為軸向的1/10，纖維密度為2 500 kg/m3。三維正交織物組織結構如圖3所示，可以看出虛線框內為1個代表性體積單元。該單元內2根結構對稱的接結經紗捆綁1列緯紗，浮長為1個組織點。由真實織物樣本測得該結構代表性體積單元長度、寬度及厚度，分別為0.002 903、0.001 587 5和0.003 82 m�？椢锿負浣Y構建立步驟:1)將經紗、緯紗和接結經紗分別定義為3種不同的紗線類型。緯向包含緯紗，經向包含經紗、接結經紗。2)依次將緯紗、經紗和接結紗結構轉換為矩陣表征。由圖3可以看出:經紗共有9列，由上至下分別對應編號1#～9#;緯紗共有10行，由上至下依次對應編號11#～20#;經緯紗線交替排列，經紗列數比緯紗行數少1。經紗的位置矩陣由與緯紗的相對位置決定。令位于19#和20#緯紗之間的9#經紗位置矩陣為(1,1)，位于18#和19#緯紗之間的8#經紗位置矩陣為(2,2)，以此類推。

數字單元法主要包括3個基本要素:數字纖維、數字紗線和接觸單元，如圖1所示�？梢钥闯觯瑪底掷w維由節(jié)點和桿單元鏈接而成，節(jié)點與桿單元間無摩擦作用。當桿單元長度趨近于零時，數字纖維可靈活彎曲，可模擬出實際織物中纖維單絲的真實形態(tài)，并賦予其真實材料屬性。數字紗線由多根數字纖維組成，數字纖維的數量由真實紗線所包含的纖維數量和組成符合真實紗線截面形狀所需數字纖維數量共同決定。數字紗線通常包含10～100根數字纖維，數字纖維的排列方式決定了紗線的截面形狀。在仿真過程中，當相鄰纖維之間的間距小于數字纖維直徑時，建立接觸單元。數字單元法仿真結果的準確性主要由網格劃分精細程度決定，使用該方法進行織造過程的仿真，通過網格劃分的紗線纖維化離散和纖維離散實現。在紗線纖維化離散中，1根紗線被離散為與原有紗線路徑平行的多根數字纖維，且離散前后紗線截面積和所有數字纖維的截面積總和保持不變。在纖維離散中，組成數字纖維的桿單元長度減小，節(jié)點數量增加，且桿單元長度與數字纖維直徑呈定比。在張力的作用下，因紗線纖維化離散產生的數字纖維間發(fā)生相對運動，紗線截面形狀沿軸線方向發(fā)生變化。纖維離散保證了計算纖維間作用力的準確性，2種離散機制的共同作用實現了三維機織物微觀尺度幾何結構預測，因此，紗線中的數字纖維數量和桿單元長度是影響仿真結果準確性的重要因素。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]紗線斷裂功對經編織造性能的影響[J]. 張靈婕,繆旭紅.  紡織學報. 2018(12)
[2]航空發(fā)動機復合材料葉片用3D機織預制體研究進展[J]. 關留祥,李嘉祿,焦亞男,趙玉芬,郭玉路.  復合材料學報. 2018(04)
[3]紗線卷繞系統(tǒng)恒張力模糊控制策略研究[J]. 曹薇.  現代紡織技術. 2018(02)
[4]基于TexGen的織物仿真建模及其應用方向[J]. 陳振,管江明,邢明杰.  棉紡織技術. 2016(11)
[5]基于3ds Max軟件的機織物結構三維建模研究[J]. 王旭.  安徽工程大學學報. 2013(03)
[6]三維正交機織復合材料的單胞模型及應用[J]. 余育苗,王肖鈞,李永池,王志海.  復合材料學報. 2009(04)



本文編號：3442433