三维机织物单元体结构模型的建立

建立了三维机织物单元体的结构模型。织物的结构模型是通过对织物断面的观察及一些基本假设而建立的。在此基础上计算了三维机织物单元体中的纱线长度、接结纱、经纱取向角及纤维体积分数,并将纤维体积分数的理论计算值与测试结果进行了比较,两者吻合较好,这表明本研究建立的三维机织物结构模型是正确的。

用于三维机织物预成形变形预测的各向异性超弹性本构模型

随着三维机织物逐渐广泛应用在航空发动机叶片、机匣等复杂曲面结构的制造方面,预测三维碳纤维机织物在曲面结构制造的预成形过程中的复杂变形行为对提升纤维结构的成形质量具有重要意义。基于连续介质力学理论,本文提出一种各向异性超弹性本构模型描述三维机织物在成形过程中由于大变形所引起的各向异性力学变形行为。通过三维机织物的变形试验,建立了应变能密度函数,获取了三维机织物材料参数,并通过偏轴拉伸、半球冲压预成形有限元仿真与试验对比,验证了本文提出的超弹性本构模型的有效性。超弹性本构模型的提出可对三维机织物成形的有限元仿真模型与成形工艺优化设计起指导作用。

三维正交机织物结构的几何模型

以经、纬纱为直线,捆绑纱为正弦和直线组合的曲线,建立了三维正交机织物的几何结构模型。根据捆绑纱所限定纱线的截面积,建立了以织物结构参数为未知量的非线性方程组,使用数值计算方法求出了非线性方程组的近似解,确定了捆绑纱曲线模型中的待定量。制织了纬纱捆绑和经纱捆绑两种玻璃纤维三维正交机织布,并与不饱和聚酯树脂复合,然后观察复合材料中捆绑纱的形态,发现捆绑纱的测试曲线与模型曲线具有很好的一致性。进一步比较捆绑纱织缩率的测试值与计算值、纤维体积含量的测试值与计算值,表明建立的织物结构几何模型,能够较为真实地反映三维正交机织物的实际结构。

低捻纱三维角联锁机织预制体的不稳定结构变形模型

为研究三维角联锁机织预制体在成形回转曲面过程中发生的形变,分析了预制体的结构不稳定因素及其变形类型,构建了预制体代表性体积单元的弯曲变形模型,探究了预制体几何结构参数与纱线截面变形系数之间的函数关系,得到了纱线在等量变形和非等量变形时织物花节长度、经纱倾角和纤维体积百分含量随纱线截面变形系数的变化规律。采用玻璃纤维制备三维角联锁机织预制体并进行弯曲试验,验证了该变形模型的合理性。认为:该研究成果可为低捻纱三维角联锁机织预制体二次成形回转曲面提供理论支持。

五轴向立体机织物的单元体结构分析

分析了斜向纱的排列方式对五轴向立体机织物的结构和Z向纱密度的影响,获得了2种类型的五轴向立体机织物结构:一种结构稀疏,Z向纱密度小;另一种结构紧密,Z向纱密度大。以紧密结构的五轴向立体织物为研究对象,建立了该织物的单元体结构模型,采用解析几何方法,计算了Z向纱的截面形状,根据Wβ/WX、Wβ/WY与cosβ、sinβ的关系,Z向纱的截面形状可呈八边形、六边形和四边形等不同形状。

三维正交整体夹芯机织物的结构设计及织造

以正交结构为基本的三维结构单元,通过改变空心各边的长度和厚度,设计了多种经向截面为六边形的三维整体夹芯机织物结构,并在改造的普通织机上织造成功。在此基础上对试样的结构特点进行对比分析,同时探讨了三维正交夹芯机织物孔形尺寸的影响因素,比较了各种三维整体夹芯机织物试样的结构特点及织造方法。该研究为三维整体夹芯机织物的结构设计提供了参考,设计的多种三维夹芯机织物为蜂窝结构复合材料提供了性能良好的增强体。

接结经纱对三维正交机织物结构的影响

以经纱接结的三维正交机织物为研究对象 ,在 3种接结纱张力下制织了 2种接结纱浮长的 6种正交机织物。通过比较织物的接结纱织缩率、纬纱密度和织物厚度 ,发现适当的接结纱张力既有利于形成较为理想结构的正交织物 ,又有利于织造的顺利进行 ;较小的接结纱浮长 ,有利于织物结构的均匀。

机织物结构相模型剖析和修正

针对机织物结构相传统模型未能敏感反映不同组织结构状态差异的问题,剖析了模型的约束条件和不足,建立了能够有效反映组织信息的结构相模型。提出了相对屈曲波高概念用于表征不同织纹组织中纱线的弯曲程度,为结构相模型的修正提供了理论参考。研究结果表明:结构相改进模型随屈曲波高的增加而增加,但呈非线性关系;对于不同织纹组织,形成等支持面的结构相是不固定的(0结构相除外),相同屈曲波高对应着不同的结构相,三原组织的结构相值之间存在平纹<斜纹<缎纹;在低结构相区域,结构相与屈曲波高可看成非线性关系,在高结构相区域改进模型与传统模型有统一性。

三维机织结构的几何模型

根据三维机织结构中纱线系统的组成和相应纱线的几何形态,建立了具有普适意义的几何模型,获得了组成三维机织结构各纱线系统在一个结构单元内的纱线长度和取向角,进而计算出纤维体积分数。随后,选择了基于11种不同接结组织的三维机织复合材料试样,测试了试样的纤维体积分数,所得的测试结果与模型输出的预测值有很好的一致性。利用所建立的模型还定量讨论了接结组织对纤维体积分数和取向角的影响。结果表明:分层接结可以提供比正交接结高的纤维体积分数;而正交接结中接结经具有较大的取向,有利于增强三维机织复合材料在厚度方向上的力学性能。

三维正交机织圆管织物的试织及其单胞模型

探讨三维正交机织圆管织物单胞模型的建立方法。通过分析三维正交机织圆管织物经向、纬向和法向断面显微照片,建立了织物细观单胞模型,利用几何模型公式推导建立了织造工艺参数与几何结构特征参数之间的理论关系;计算了每层经纱的厚度、织物层数、织物厚度以及纤维体积含量,并与织物参数实际值进行了对比。结果表明:计算结果与实际值间有良好的一致性。认为:所建三维正交机织圆管织物单胞模型较为合理、有效。

交叉T型三维机织物一次成型结构设计

为进一步改进三维结构纺织产品的成型性、适用性、稳定性,对T型+柱体内置纱线的立体混合造型结构设计方法进行研究。充分运用3-D织物组织结构设计方法,采用纬向正交结构,确立一次成型织造加工的纬纱路径,设计出交叉T型三维机织物。研究结果表明:通过合理的纬纱路径设计,与纵向多层排列经纱交织,可以达到特殊造型三维机织物一次成型的结构要求。该研究对基于正交组织结构复杂造型复合织物预制件的设计方法具有一定的参考价值。

机织物结构三维模拟软件系统的开发

为真实展现机织物结构立体效果,借助Maya骨骼技术和机织物结构相理论开发的机织物结构三维模拟软件系统,在解决纱线弯曲、浮长模拟的基础上,通过工艺参数模块和上机图模块基本参数的输入,实现对机织物特别是复杂组织织物结构的三维模拟,可以任意角度、任意距离观察织物结构细节,为初学者理解织物组织结构及其形成提供具有沉浸式感官体验的学习工具;同时,该软件系统能够根据输入参数实时绘制三维机织物结构,为产品开发人员提供真实高效的研发工具。

组织结构对三维机织物的吸水导湿性能影响

以差动毛细效应为基础,细旦丙纶和黏胶长丝为原料,设计织造了正交结构、角联锁结构和多层接结结构的三维机织物,并对各织物的吸水导湿性能进行测试分析。结果表明:正交结构三维机织物的吸水导湿性能最优。

浅析三维机织物组织结构的可设计性

本文通过对二维机织物的组织结构分析 。

织物细观结构参数对三维机织陶瓷基复合材料弹性性能的影响

提出倾斜内锁型三维机织陶瓷基复合材料弹性性能预测模型,考虑材料实际的编织结构和相邻纤维束之间的孔隙,讨论织物细观结构参数对倾斜内锁型三维机织陶瓷基复合材料弹性性能的影响。通过两个重要细观结构参数分析探讨不同结构参数对纤维体积含量和曲屈率的影响,并进一步给出纤维体积含量和曲屈率对弹性性能的变化关系。另外还对编织陶瓷基复合材料制造过程中材料的高温损伤进行初步分析。

纬纱接结的三维正交机织物结构

为了研究正交机织物的实际结构,采用玻璃纤维在剑杆织机上织制了纬纱接结的6层经纱5层纬纱的正交机织物,然后利用VARI工艺与聚酯树脂复合,制成了复合材料板材试样,并在显微镜下观测纱线的形状。研究发现:三维正交机织物的经、纬纱基本呈直线状态,接结纬纱是曲线与直线组合的形状,且形状与在织物中的位置有关,越靠近织物中央,接结纬纱的直线部分越短;接结纬纱使其限定的经纱产生聚集现象,在复合材料中产生贫富树脂区,接结纬纱形状的变化也使织物的结构不均匀。对织造过程的分析表明,造成接结纬纱形状变化的原因是织物形成过程中接结纬纱的滑动,从织物边部到中央,接结纬纱的滑动阻力逐渐增大,接结纬纱的张力也逐渐增大。

多重纬角连锁三维机织物结构设计

分析了用于复合材料预制件的三维机织物的结构与成形类别 ,阐述了利用普通织机制织的多重纬角连锁三维机织物的结构特征、组织结构设计要点及一种特殊变化。

基于3ds Max软件的机织物结构三维建模研究

开发了基于3ds Max软件建立机织物结构三维模型的方法,并实现了平纹、斜纹、缎纹等典型机织物组织结构的三维建模.根据机织物结构相理论,确定了表达经纬纱轴线状态的空间曲线,结合3ds Max软件的截面放样技术实现了纱线的建模.按照经纬纱交织规律,建立了机织物结构的三维模型.研究表明,3ds Max软件具有操作简单、三维建模功能丰富的特点,是进行机织物结构立体表现及研究机织物纱线空间位置关系的有效工具.

三维机织物的组织结构与设计

介绍了在传统平面织机上生产 3D机织物的方法 ,主要讨论 3D机织物的组织结构与设计及其上机图的绘制 ,给出了部分 3D结构机织物的上机图 ,并结合实验进行了分析。

基于Matlab的机织物结构相三维仿真

为真实、快速、形象地显示织物,基于Peirce及其衍生模型采用正余弦函数模拟了纱线屈曲状态;利用圆形和椭圆形分别描述纱线截面形态,避免了纱线弯曲处出现尖角或交叉;加入织物多类控制参数,实现了不同纱线直径、经纬密、结构相、纱线线密度的快速变换控制。基于坐标变换原理,建立了以空间曲面描述织物三维形态的模型;采用Matlab语言进行编程,基于所建数学模型进行三维结构形态模拟;加入颜色插值、添加光源等,更好地进行了仿真效果呈现。