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纬编双轴向多层衬纱织物的剪切性能研究及成型计算机模拟

张剑寒  
【摘要】: 纬编双轴向多层衬纱(MBWK)织物作为针织轴向织物中的一枝新秀,由于其卓越的机械力学性能和较低的生产成本,因此从它一出现即引起了人们的极大兴趣和广泛关注。MBWK织物可应用于航空航天、汽车、造船、军工以及建筑等众多领域,具有巨大的潜力和十分广阔的发展前景。 在MBWK织物的力学性能中,剪切性能尤为重要,它直接决定了该织物对三维曲面的成型性能。本文首先讨论了近年来研究较多而又颇具潜力的画框式剪切试验装置的运动规律。研究发现,该剪切测试装置的各边框虽然以不同的形式运动,但却具有相同的角速度和角加速度。在此基础上,提出了在特定的剪切范围内,可以将画框的运动看作是准静态过程进行处理的思想;得出了在不同拉伸速度和边框长度条件下装置处于准静态时的临界剪切角,并且分析了织物试样尺寸大小对准静态范围的影响。基于上述研究,对剪切过程中画框的受力情况进行了分析,得到了外力载荷与各边框上的作用力之间的关系,并从理论上证明了Bryan的试验结论,即画框边框附近区域的应力近似于纯剪状态。此外,本课题还对该试验装置存在的问题进行了探讨,通过对装置结构的具体分析,提出了相应的改进方法。 其次,利用画框式剪切试验装置,对MBWK织物的剪切性能进行了研究。具体分两个方面:其一是从画框式剪切试验装置的结构特点出发,结合斜向拉伸试验,研究了MBWK织物的剪切规律,从而得到了这种织物的剪切曲线。该方法同样可以用于机织物、经编轴向织物等其它平面织物的剪切性能研究。其二是直接利用MBWK织物的结构参数及其内摩擦性能推导出了该织物在小应变状态下的剪切模型。这将为MBWK织物的进一步研究和发展奠定基础。 最后,为了更好地了解和掌握织物的三维曲面模压成型性能,预测织物在成型过程中可能出现的成型疵点(如起拱、起皱等),并且对成型工艺提供理论指导,利用当今世界发展较快、具有广泛应用价值的非均匀有理B样条(NURBS)方法,借助SUN工作站,对织物的半球成型进行了模拟。尽管NURBS 天津工业大学博士论文 插值曲面能够直接体现二维平面织物经过半球成型后,所具有的三维立体效 果,但是它不能直接反映出成型后纱线的空间位置,而且运算十分复杂,因 此,提出用 NURB S插值曲线,来模拟织物半球成型的方案。这样不仅能够直 接反映织物成型后,纱线在空间的分布及取向,而且利用球面的对称性可以 大大简化运算。模拟效果图不但具有很强的三维立体感,而且可以得到织物 中经纬纱交织点在织物成型后的空间位置并实现成型疵点预测,为成型工艺 设计提供理论指导。该方法同样可以用于其它平面织物的成型模拟。


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