Peirce机织物几何结构模型的探讨

织物几何结构就是纱线在织物内部的屈曲状态,它影响织物的外观效应和物理机械性能,必须精确计算.在被普遍使用的Peirce机织物几何结构模型中,暗含如下假设:1织物中经纬纱屈曲波高无论怎样变化,其和均等于经纬纱理论直径之和乘以压扁系数;2同一浮长覆盖下的纱线中心在同一水平面上,屈曲波高仅与织物密度和织造缩率有关.从两个方面对此进行验证,一是以经典教材多块织物样品为例,用Peirce公式计算结果评估自身的精确性;二是用Nedgraphics纹织系统设计同一经纬密度的各种结构的机织物,在电子提花机上织造后利用Keyence 3D共聚焦显微镜对织物正反面进行非破坏性测量,得到不同浮长织物的屈曲波高并进行分析.结果表明,Peirce机织物的几何结构模型存在不足,需进一步改进.

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。

基于最小势能原理的2.5D机织物的结构模型

以纬纱为直线、经纱为曲线,建立了2.5D机织物几何结构模型。根据弯矩方程和J.W.S.Hearle原理得到经纱总势能与附加张力、未知的织物结构参数的关系式。当2.5D机织物的尺寸在附加张力作用下趋于稳定时,织物中的纱线系统应满足最小势能原理。根据最小势能原理,将确定经纱曲线方程中结构参数的问题转化为求泛函数极值的问题,利用织物结构的几何和力学特点,再把泛函数的极值问题转化为函数极值来处理,然后利用拉格朗日乘数法求解,得到包含2.5D机织物结构参数与力学指标的微分方程组及约束方程组,更为直接地表达结构参数与力学性能之间的关系,为计算机动态模拟织物的各项力学性能指标提供了一个更为可靠的依据。

贯穿正交机织物结构的参数化三维建模

为加快贯穿正交机织物结构的三维建模过程,在交织规律的基础上以纬纱层数、纬纱直径、地经直径、接结经直径4个独立参数,建立了贯穿正交机织物结构单元的几何关系及其三维模型。根据独立参数给出了理想状态下层间纬纱、地经纱线轴线间距,同层内相邻纬纱、地经纱轴线间距,相邻接结经纬向间距,以及结构单元纬向宽度、经向长度和厚度的计算方法。运用3ds Max软件的Maxscript脚本语言编程方法,通过输入纱线直径、纬纱层数等参数,由纱线型值点坐标构建SplineShape类对象,分别构建出纬纱层、地经层及接结经,从而实现了该类织物结构的参数化三维建模。

基于结构参数的机织物等效热导率数学建模

通过分析织物内部组织结构,将组织循环内纱线分布按规律分6类,包括交织点纱线重叠区域、经(纬)纱交替穿越区域、经(纬)纱悬浮区域、孔隙区域。通过截面积相等的方式将不规则纱线等效转化为规则的几何体。通过分析组织循环内各区域纱线与空气分布情况,结合复合材料等效热导率串并联模型,建立各微元的等效热导率数值模型。在已建立的模型基础上进行算例分析,得到在维持其他纱线参数不变情况下,经纬纱高度增加,织物整体等效热导率增加;经纬纱间距增加,织物整体等效热导率降低;织物交织结构越复杂,悬浮区域数量占比越大,织物等效热导率降低,其中悬浮区域数量为0的平纹织物等效热导率相对最大。

2.5D结构筒状立体机织物细观分析及建模

文章为了探究2.5D结构筒状立体机织物的细观几何关系,通过显微观察和结构分析,提出纬纱截面为双凸透镜截面、经纱截面为扇形截面的假设,并建立了2.5D结构筒状立体机织物实体模型和2.5D结构细观几何结构模型,推导了细观几何表达式和细观微元中纤维体积分数计算公式。结果表明2.5D结构被用于筒状织物时,细观几何结构会发生一些改变。

原液着色涤纶交织混色织物的颜色预测模型

为准确预测色纱交织后形成的空间混合颜色,对以往圆柱形纱线的织物几何结构模型进行了改进,并提出了织物几何结构模型中纱线压扁系数的计算方法;在现有有色纤维混合和色纱交织混合颜色预测模型的基础上,构建了一个带经验系数和中间函数的新模型用于原液着色涤纶交织混色织物的颜色预测,并提出采用牛顿迭代确定经验系数的方法。为检验模型的准确性和有效性,设计并织造了单组纬显色和双组纬显色,4种经纬密度组合以及32种组织结构共288块原液着色涤纶长丝交织混色织物。研究结果表明:与以往固定形式的颜色预测模型相比,新模型的预测精度良好;在不同场合下,新模型可调整经验系数,以适用于不同类型色纱交织混合颜色的更准确预测。

机织物拉伸弹性伸长的理论预测方法

为了预测机织物的弹性伸长,以Pierce的织物结构模型为出发点,对机织物拉伸过程中单根经纬纱交织点处受力单元进行了理论分析,提出了织物在拉伸过程中的变形主要由弹性变形和几何变形组成的假设。并在这个假设的前提下,依据纱线静力平衡原理及动量矩守恒定理,结合其他弹性力学理论,分别建立了平纹织物和2/1斜纹织物拉伸—伸长的数学模型,并对所建立的数学模型进行了实验验证。

机织土工布结构与力学性能的关系

以丙纶长丝为原料,采用正交试验设计,选取组织和紧度作为2个因素,以平纹、斜纹、方平作为组织因素下的3个水平,以斜纹第6、11、16结构相的对应紧度作为紧度因素下的3个水平,分别测试各织物拉伸、撕裂、顶破等力学性能,通过方差分析,分别建立了机织土工布结构与力学性能的数学模型。

织物设计预测系统开发

为减轻纺织产品开发人员数据处理环节的工作量,通过产品试织对Peirce模型与Love织物紧密结构方程进行了修正,并应用Visual Basic程序开发了织物的织造预测系统。利用该系统可以验证所设计织物织造的可行性,并可以根据织物结构参数的选择对产品类型和风格进行预测。因此,在对理论Peirce数据模型的修正基础上建立自身独立的数据库,对以后的产品开发及企业实际生产经营活动有一定的指导意义。

损伤条件下聚氯乙烯涂层膜结构材料拉伸蠕变特性

为进一步研究膜结构材料的力学特性,以机织聚氯乙烯涂层膜结构材料为研究对象,对其无损及单边切口试样的短期拉伸蠕变性能进行测试,分析切口尺寸及蠕变应力对蠕变性能的影响,并对其拉伸蠕变特性进行研究。实验结果表明:无损及切口试样的蠕变曲线均体现了初始蠕变和等速蠕变阶段的特征。在同等净切口蠕变应力条件下,切口试样的蠕变量小于无损试样,且随着切口尺寸的增加而降低。相对于Findley模型,4元件Burger模型较适合描述聚氯乙烯涂层膜结构材料的短期蠕变行为。同时,基于4元件Burger模型拟合系数,分析了蠕变应力及切口尺寸对初始蠕变应变、缓弹性变形和黏性变形的影响。

基于B样条曲线的玻璃纤维长丝纱条干不匀对织物外观影响的模拟研究

采用条干不匀纱线的B样条曲面造型技术,模拟平纹织物由于纱线不匀所形成的外观效果。首先,利用USTER ME 100测试玻璃纤维长丝纱线的条干均匀度,并将相关数据转化为符合纱线B样条曲面造型技术要求的参数,代入纱线模拟数学模型,完成对玻纤长丝纱的三维模拟;其次,根据Peirce机织物结构模型计算其几何结构,作为纱线关键控制点设置的依据;最后,对每根经向纱线的起始点进行随机设置得到其控制曲面,对纬纱第一根纱线起始点进行随机设置,对后面所有纬纱的起始点位置则根据织物幅宽依次进行设置。当所有的纱线模拟完成后,玻纤长丝纱均匀度对织物外观的影响程度在计算机屏幕上自动显示,从而预测玻纤长丝纱的布面效果。

三维角联锁机织复合材料低速冲击压缩性质研究

通过试验测量和有限元分析研究了三维角联锁机织复合材料经向低速冲击压缩性质。利用落锤冲击仪测量复合材料在不同冲击能量下的载荷位移关系,利用光学显微镜观察低速冲击压缩后试样的破坏形貌和损伤机理,建立了细观结构有限元模型来进一步解析其低速冲击压缩行为。结果表明:随着冲击能量增加,材料刚度增加,最大载荷下降,总吸收能上升,破坏程度加剧;在破坏形态上表现为高冲击能量会导致裂纹变大、变宽,更易沿经纱方向扩展,并伴有剪切、分叉、界面脱黏分层和纤维断裂抽拔等现象;有限元所得到的载荷-位移曲线和破坏形貌与试验结果具有较好的一致性。