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针织物的细观本构模型和织物的屈曲分析

李翠玉  
【摘要】: 织物变形和屈曲的模拟技术在服装CAD、虚拟服装店、虚拟现实、人物动画、电子游戏等众多领域有着广泛的应用。从20世纪80年代开始,国内外学者对编织物的悬垂和屈曲的数值模拟进行研究,这些研究把编织物看作是正交异性的连续体,用有限元方法进行模拟,取得了一定的进展。同时也发现,模拟的精度与实验相比存在较大的误差,某些屈曲现象很难模拟出来。国内学者张义同等在国家自然科学基金的资助下,建立了编织物的细观本构模型,并基于此模型,对编织物在受到单向拉伸时的屈曲、以及在受简单剪切时的屈曲现象成功地进行了解析分析。 与编织物不同,对针织物相关理论的研究很少见到。本文建立了针织物的细观力学本构模型,对针织物的悬垂和屈曲进行了解析分析和数值模拟。同时,也对编织物的悬垂和屈曲用有限元方法进行了数值模拟。具体内容如下: 1.建立了针织物的细观力学本构模型。这个本构模型更好地描述了针织物的力学性质,特别是针织物由于其特有的细观针织结构所具有的某些性质。 2.基于本文建立的针织物细观本构模型和有限弹性变形的增量理论,分析了针织物片在受到沿纹路方向单向拉伸时的屈曲现象。分析结果表明,针织物片在受到沿纹路方向的单向拉伸时只存在弯曲模态屈曲,这与在实验中观察到的针织物片的屈曲现象是一致的。 3.基于本文建立的针织物细观本构模型和有限弹性变形的增量理论,分析了针织物片在受到沿织层方向单向拉伸时的屈曲现象。分析结果表明,针织物片在受到沿织层方向的单向拉伸时不会屈曲,这与实验结果也是相符的。 4.进行了针织物的拉伸实验,并得到了相应的弹性模量值。 5.基于本文建立的针织物细观本构模型,采用大变形曲壳单元,用有限元方法对针织物的悬垂屈曲进行了数值模拟。有限元模拟结果和实验结果达到了数值上的基本吻合。 6.基于已有的编织物细观本构模型,采用大变形曲壳单元,用有限元方法对编织物的悬垂屈曲进行了数值模拟。分析了编织物面内的压缩模量在其屈曲分析中的重要作用。有限元模拟结果和实验结果达到了数值上的基本吻合。


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