為了反映織物內(nèi)部紗線的空間構(gòu)型和微觀幾何結(jié)構(gòu),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(shù)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(shù)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(jìn)的微觀幾何結(jié)構(gòu)數(shù)值模型。5種模型中的每根紗線分別由4、7、12、19和37根數(shù)字纖維表征。研究結(jié)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?jǐn)?shù)增大,節(jié)點平均作用力下降速度變緩,勢能變小;當(dāng)每根紗線由19根數(shù)字纖維組成時,所建織物的微觀幾何結(jié)構(gòu)數(shù)值模型與真實織物樣本在顯微鏡下的內(nèi)部切片圖像較為吻合。 

【文章來源】：紡織學(xué)報. 2020,41(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：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(jié)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(jié)構(gòu)如圖3所示，可以看出虛線框內(nèi)為1個代表性體積單元。該單元內(nèi)2根結(jié)構(gòu)對稱的接結(jié)經(jīng)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(jié)構(gòu)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�?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立步驟:1)將經(jīng)紗、緯紗和接結(jié)經(jīng)紗分別定義為3種不同的紗線類型。緯向包含緯紗，經(jīng)向包含經(jīng)紗、接結(jié)經(jīng)紗。2)依次將緯紗、經(jīng)紗和接結(jié)紗結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為矩陣表征。由圖3可以看出:經(jīng)紗共有9列，由上至下分別對應(yīng)編號1#～9#;緯紗共有10行，由上至下依次對應(yīng)編號11#～20#;經(jīng)緯紗線交替排列，經(jīng)紗列數(shù)比緯紗行數(shù)少1。經(jīng)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(jīng)紗位置矩陣為(1,1)，位于18#和19#緯紗之間的8#經(jīng)紗位置矩陣為(2,2)，以此類推。

數(shù)字單元法主要包括3個基本要素:數(shù)字纖維、數(shù)字紗線和接觸單元，如圖1所示�？梢钥闯�，數(shù)字纖維由節(jié)點和桿單元鏈接而成，節(jié)點與桿單元間無摩擦作用。當(dāng)桿單元長度趨近于零時，數(shù)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(shù)字紗線由多根數(shù)字纖維組成，數(shù)字纖維的數(shù)量由真實紗線所包含的纖維數(shù)量和組成符合真實紗線截面形狀所需數(shù)字纖維數(shù)量共同決定。數(shù)字紗線通常包含10～100根數(shù)字纖維，數(shù)字纖維的排列方式?jīng)Q定了紗線的截面形狀。在仿真過程中，當(dāng)相鄰纖維之間的間距小于數(shù)字纖維直徑時，建立接觸單元。數(shù)字單元法仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性主要由網(wǎng)格劃分精細(xì)程度決定，使用該方法進(jìn)行織造過程的仿真，通過網(wǎng)格劃分的紗線纖維化離散和纖維離散實現(xiàn)。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(shù)字纖維，且離散前后紗線截面積和所有數(shù)字纖維的截面積總和保持不變。在纖維離散中，組成數(shù)字纖維的桿單元長度減小，節(jié)點數(shù)量增加，且桿單元長度與數(shù)字纖維直徑呈定比。在張力的作用下，因紗線纖維化離散產(chǎn)生的數(shù)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(zhǔn)確性，2種離散機(jī)制的共同作用實現(xiàn)了三維機(jī)織物微觀尺度幾何結(jié)構(gòu)預(yù)測，因此，紗線中的數(shù)字纖維數(shù)量和桿單元長度是影響仿真結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]紗線斷裂功對經(jīng)編織造性能的影響[J]. 張靈婕,繆旭紅.  紡織學(xué)報. 2018(12)
[2]航空發(fā)動機(jī)復(fù)合材料葉片用3D機(jī)織預(yù)制體研究進(jìn)展[J]. 關(guān)留祥,李嘉祿,焦亞男,趙玉芬,郭玉路.  復(fù)合材料學(xué)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(xiàn)代紡織技術(shù). 2018(02)
[4]基于TexGen的織物仿真建模及其應(yīng)用方向[J]. 陳振,管江明,邢明杰.  棉紡織技術(shù). 2016(11)
[5]基于3ds Max軟件的機(jī)織物結(jié)構(gòu)三維建模研究[J]. 王旭.  安徽工程大學(xué)學(xué)報. 2013(03)
[6]三維正交機(jī)織復(fù)合材料的單胞模型及應(yīng)用[J]. 余育苗,王肖鈞,李永池,王志海.  復(fù)合材料學(xué)報. 2009(04)



本文編號：3442433