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基于力学模型的平纹织物结构研究

孙银银  
【摘要】: 织物结构是指织物中经纬纱线在空间的相互关系,精确描述织物结构有助于得到较为真实的三维外观模拟效果。但是由于对织物结构的描述还不够完善,使得对复杂组织织物模拟时仍有较大失真,甚至于不能正确反映因纤维材料、上机张力等差异引起结构产生变化的最简单的平纹织物的织物结构。本课题从纱线在平纹织物内受力角度出发,研究纱线在平纹织物中的动态变化直至达到最终平衡,得到其最终的位置,为其他组织的织物结构计算提供有益的探讨。 本研究中,考虑影响平纹织物结构参数有:纱线本身弹性特征、纱线半径、经纱张力、经纬密、经纬纱之间摩擦力以及织机上边撑的作用力。研究假设纱线为完全弹性体,以Perice织物结构模型中第九结构相作为纱线初始状态,得到各个组织点处经纱的初始位置值;按照组织点位置,计算经纱伸长量;再根据虎克定律,计算经纱线受力与给力情况,以及在各个方向的分量,判断各个组织点的运动趋势和运动方向;对按照各个组织点的运动趋势,在运动方向走一定的步长。按照上述步骤,重新计算其运动趋势,若某个分量的运动趋势同上一次的趋势相反,则下一次的该方向上的运动步长减半。如此重复,直至所有的组织点不再有运动趋势,或者保持稳定直至平衡为止,从而得到经纬纱的最终位置。 根据以上原理,编制了MATLAB应用程序。程序运行后,结果显示:(1)在其他织物参数相同的前提下,增大经纬纱的线密度,使得纱线直径增大,导致经纱屈曲程度增大;同时,组织点处经纬纱之间包围角增加,导致相互摩擦力增大,相邻经组织点则向相反方向受力产生位移,也会导致经纱屈曲程度增大。(2)保持经纱屈曲波高不变,增大织物纬密,两相邻纬纱靠拢,相邻纬纱的中心距减小,由于经纬纱之间摩擦力也带动同一交织点处经组织点向一起靠拢,因此增大经纱的弯曲程度。(3)当纤维原料不同时,纤维原料密度越大,纱线直径越小,同一交织点处经纬纱线之间的接触面积减小,纬组织点与经组织点间的相互摩擦力减小,纬组织点上方经纱向下移动,下方经纱向上位移,经纱的屈曲程度就越小;经纱屈曲程度增大。(4)纤维材料不同时,经纱弹性模量越大,同等张力下,变形程度越小,经纱越不易弯曲。 由此可见,本研究所建的模型能够正确反映平纹织物结构在不同条件下的变化规律,所计算结果可信。本课题研究为其他更为复杂的机织物组织结构提供了新的思路。


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