机织物几何模型及其计算机模拟.pdf

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1、机织物几何模型及其计算机模拟 瞿畅王君泽高强 ( 南通工学院，南通，2 2 6 0 0 7 ) 擅要：根据织物的几何结构和受力分析，建立织物的空间几何模型，井进行计算机模拟，为织物外观的真实感图形显示探索 新的方法。 美词：织物几何模型模拟计算机辅助设计 中一蕾分类号：T st 0 5l i A 以往的计算机设计系统主要是设计各种各样的 组织图、显示上机图，通过选择色经和色纬来观看配 色模纹的效果，可以说，系统都是基于二维平面图形 的模拟与显示。随着研究的深入，尤其是当织物 设计者把织物机械性能作为设计时的主要考虑因素 时，开展织物几何模型的研究，进行织物外观的三维 计算机模拟显得很有必要。

2、l 织物空间几何模型 1 1 织物的几何结构 在织物内，经纱和纬纱的空间关系称为织物的 几何结构。除了色彩属性，织物的外观和性能主要 由织物的原料及几何结构所决定，在原料一定的前 提下，若已知织物的几何结构，确定其几何参数，织 物外观随之而定【2 。织物几何结构的研究包含以 下两个主要方面：织物内纱线的截面形态和屈曲形 态。纱线的截面形态通常用圆形、椭圆形或跑道形 进行描述；纱线的屈曲形态的研究通常采用假设法， 如假设经纬交叉区域，纱线的屈曲呈正弦或圆弧形 态，经纬非交叉区域，纱线的屈曲呈直线状。 本文在织物纱线力学模型的基础上，以三次B 样条曲线描述纱线的屈曲形态，较近实际地反映了 织物中纱

3、线的屈曲。 1 2 织物内纱线的力学模型 织物中的经纱和纬纱在相互交织过程中，要受 到垂直于纱线方向的力的作用而出现屈曲现象，从 而影响织物的质地和外观【3 。这种使纱线屈曲的 力可概括为：1 ) 垂直于织物表面的力，它使经纱和纬 纱在垂直于织物表面的平面上屈曲，从而影响织物 的厚度；2 ) 平行于织物表面而垂直于经纱的力。它使 经纱在平行于织物表面的平面内屈曲；3 ) 平行于织 物表面而垂直于纬纱的力，它使纬纱在平行于织物 表面的平面内屈曲。由此抽象出的纱线力学模型如 图1 ( a ) 所示。对于平纹织物组织，其经纬纱每间隔 一根纱线就进行一次交织，使纱线两侧具有相同的 结构，受到相同的作用

4、力，这些组织不会使浮长线产 生侧向扭曲，其纱线的受力模型可进一步简化为如 图“b ) 所不。 由简化的纱线受力模型可以看出，织物中某根 纱线的屈曲形状由经、纬交织点处的载荷引起。假 如将纱线看成是极易变形的柔性体，在力的共同作 用下，纱线路径曲线通过各交织点( 即纱线受力点) 。 如果交织点的位置和数量改变，纱线路径曲线形状 将发生变化，但路径曲线仍通过各交织点。因此，各 交织点可以看成是路径曲线形状的定形点，这就是 样条放样，如图1 ( c ) 。 哲嘭雪 弋 叫。 变t 赢( 量力点) 圈l 纱线力学模型和物理模型 实际的样条是一根木料或塑料做成的狭窄长 条，放样员用来光顺各指定数据点间的

5、曲线。若将 实际样条看作是一根细弹性杆，则从欧拉方程给 出 4 5 ： 1 r ( z ) = M ( z ) E J 其中：M ( z ) 为弯矩，r ( z ) 为曲率半径，E 为杨氏模 量，J 为惯性矩。对于较小的曲率半径，r ( r ) 可用 1 v ”代替，得出： y ( z ) = M ( z ) E I ( 1 ) 简化的纱线受力模型中，各受力点可看作是简单支 承，则M ( z ) 就是支点之间的线性函数，可假设M ( z ) = A + m ，并将式( 1 ) 积分两次，说明实际样条 是由支点间的三次多项式所描述的。函数y ( z ) 通 过各交织点，在各交织点( 支点) 处其

6、一阶导数和二 阶导数连续，y ( z ) 是一个分段连续的三次多项式， 因此，纱线的屈曲形态曲线可以看作是分段连续的 三次曲线。 1 3 织物空间几何模型 根据以上分析，可以用分段连续的三次曲线近 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报第二十三卷第三期 似描述纱线的屈曲形态，而上述模型正是工程和 o 、D C A M 系统中广泛应用的B 样条曲线的基础。 为此，我们用圆形曲线描述纱线的截面形态，用三次 B 样条曲线描述纱线的屈曲形态，建立了织物的

7、空 间几何模型，如图2 。根据此模型确定的织物几何 结构参数如下：U ( L w ) 为织物内两相邻纬( 经) 纱之 间经( 纬) 纱轴向中心线长度( n n ) ；P j ( P w ) 为经 ( 纬) 纱间距( 几何密度) ( m m ) ；h j ( h w ) 为经( 纬) 纱 屈曲波高，用织物内经( 纬) 纱线屈曲的波峰和波谷 之间垂直于织物表面方向的距离表示”1 ；d j ( d w ) 为 经( 纬) 纱直径( m ) ；嘶( e w ) 为交织角。其中参数d j ( d w ) 用以描述纱线的截面形态，而纱线的屈曲形态 则与唯一确定B 样条曲线形状的特征多边形顶点 ( 控制点)

8、 有关，给出控制点的位置( 图2 中阴影部 分) ，曲线形状也就确定了。控制点的位置设在经、 纬纱组织点( 也就是纱线交织后力的作用点) 和相邻 经( 纬) 纱截面的中点处，相邻两控制点之间构造一 段三次B 样条曲线，构造方法为：以这两个控制点 作为首末两端点，同时给出其切线方向。参数巧 ( P w ) 、h j ( h w ) 、L j ( L w ) 、研( 8 w ) 用以确定各控制点的 位置及其切矢量。 ( 丑) 经藏面 彻纬t 面 田z 织物空间几何模型及控制点位置 2 织物几何结构的三维计算机模拟 用计算机三维实体造型技术编制了织物几何结 构的三维图形显示模块。模块中输入经、纬纱颜

9、色、 织物几何结构参数以及织物组织特征，程序自动计 算各控制点的位置，进而进行织物结构的三维模拟。 21 平纹织物结构的三维计算机模拟 平纹组织是所有织物组织中最简单的一种，其 经、纬纱每间隔一根纱线就进行一次交织，纱线在织 物中的交织最频繁，屈曲最多。上述几何模型应用 于平纹组织是合适的。设计时，设定经纱排列方向 为x 方向，纬纱排列方向为Y 方向，且假设每一根 经纱的轴线均处于Y - z 平面中，相邻两根经纱的x 增量由经纱的密度和直径决定，同一根经纱按图2 所示的方法定义控制点，控制点的Y 坐标的增量由 纬纱的密度和直径决定，控制点的z 坐标增量根据 组织点】，0 的变化情况由经纱的屈曲

10、波高决定：定 义了一系列控制点之后，用B 样条曲线构造出纱线 的屈曲形态曲线，经纱截面的大小由经纱直径确定， 最后用经纱截面图形沿屈曲形态曲线扫描构造出经 纱的实体模型。采用同样的方法构造出纬纱的实体 模型，从而完成整个织物的三维图形显示。 根据平纹织物的组织图，经纱、纬纱似应一样显 露在织物表面，实际由于织物结构的某些参数的变 化，就会产生不同的外观效应。如当织物中经、纬纱 特数相近( 或相等) ，而经、纬纱密度相差较大时，则 将在织物上产生横向或纵向条纹，当采用特数不同 的经、纬纱织造时，则可能产生纵向或横向凸条纹的 外观效应【7J 。图3 是改变经、纬纱密度和直径时的 平纹织物三维模拟结

11、构图，( a ) 图的结构参数为n ( 2 5 0 ，2 5 0 ) ( 密度) ，d ( O 2 5 ，O2 5 ) ( 直径) ， ( O 1 6 ， 0 3 4 ) ( 屈曲波高) ，( b ) 图的结构参数为n ( 4 0 0 ， 1 0 0 ) ，d ( 0 8 ，0 2 ) ， ( 0 5 ，0 5 ) ，由此可以看出平纹 织物的几何结构参数对其外观影响很大。 圈3 平纹织物二雄模拟结构图 2 2 非平纹织物结构的三维计算机模拟 非平纹组织，由于其最大浮长大于l ，这些组织 中浮长线段两侧结构不同，受到的作用力也不同，使 得织物中的经纬纱不仅有在织物垂直平面内的上下 屈曲，还有沿织

12、物表面的侧向扭曲，其受力模型应如 图1 ( a ) 所示。织物中的纱线在沿织物表面力的作 用下，将沿力的方向发生位置变化，使得纱线不处于 等距离排列的状态，为了充分考虑纱线沿织物表面 方向的受力对纱线屈曲形态可能产生的影响，设计 时，从浮长线对纱线的聚拢和分离作用着手，令织物 中的纱线呈非均匀分布【8 一，从而确定组织点处纱线 的位置。 按上述处理方法设计时，每一根经纱的轴线将 不再处于Y z 平面中，相邻两根经纱的x 增量将由 经纱的密度、直径以及该组织点左右邻近的组织点 的配置情况共同确定，而同一根经纱的Y 坐标的增 量将由纬纱的密度、直径及该组织点上下邻近的组 织点的配置情况共同确定，控

13、制点的z 坐标仍根据 组织点1 ，0 的变化情况和经纱的屈曲波高确定。按 此控制点构造出的纱线的屈曲形态曲线是一条空间 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【4 8 】2 1 2 2 0 0 2 年6 月 大麻不同部位脱胶的研究 张元明 ( 东华大学纺织学院，上海2 0 0 0 5 1 ) 擅要：将大麻作化学成分分析和化学脱胶，结果表明，大麻中、梢部质量较优相同脱胶工艺下得到的夫寐精麻，中、梢部的 纤维线密度较根都降低约5 0 。 美调：大麻脱胶研究

14、中圈法分类号：T s l 23 A 大麻纤维除具有其他麻类纤维的特点外，还有 许多独特的优点，诸如大麻纤维抗菌抑茵的卫生性 能，可消散音波和阻隔紫外线辐射、相对其他麻类纺 织品刺痒感较小等。尤其是大麻在种植过程中无需 喷施肥料与杀虫剂以及可生物降解的特点，被誉为 生态友好的“绿色纤维”。因此，近年来在国内外已 重新将大麻看作为一种重要的纺织原料，日益受到 人们的重视，大席纤维用途也日益广泛。 然而，大麻纤维与其他麻纤维一样，需要通过对 原料脱胶以后才能获得。大麻纤维的性能优良，但 目前利用大麻纤维生产的高档次产品却不多。这里 有纺织、染整工艺技术上的原因，但可能更重要的是 大麻的脱胶效果的影响

15、。由于大麻长期以来只是被 用于制作渔网、绳索、麻线以及粗麻织品，人们对大 麻税胶缺少深人的研究。随着人们对大麻用于服用 产品需求的提高，通过改善大麻脱胶的效果以改善 大麻纤维可纺性的要求更加迫切。尤其是通过好的 脱胶工艺，提高大麻纤维的细度更具有重要意义。 通过对大麻韧皮不同部位的化学成分的分析 研究对大麻韧皮不同部位脱胶的效果。 l 试验 1 1 原料 试验用原料是山东大麻。对大麻韧皮分成根、 中、梢三部分。其中，根部取自韧皮下端4 5 c m 部 分，中部为4 5 c n l 至1 1 0 廿n 处一段，剩余部分为梢 部。试验原料按照苎麻化学成分定量分析方法 ( G B 5 8 8 9 8

16、 6 ) 进行了化学成分测试。 12 脱胶 按上述方法得到的根、中、梢三部分大麻韧皮， 在相同的工艺条件下分别进行脱胶处理，以获得三 部位的大麻精麻纤维。由于研究的是在同一脱胶工 艺条件下得到的纤维性能的变化，我们采用了对大 麻脱胶有较好的效果预尿氧处理与一煮法结合的快 速脱胶工艺【2 一，其主要工艺流程如下： 原麻一预处理一水洗一煮练一水洗一酸洗一水 B 样条曲线，用经纱截面图 形沿屈曲形态曲线扫描构造 出经纱的实体模型，纬纱的 实体模型可按同样的方法处 理，进而完成整个非平纹织 物结构的三维计算机模拟。 图4 为2 2 斜纹三维模拟 图。 圈42 2 斜纹三维模拟图 3 结论 c A D

17、技术的应用已成为纺织品设计中的研究 热点，而对织物外观的真实模拟则是c A D 系统中的 重要部分，能否真实地显示所设计织物的外观是 【：A D 系统最重要的功能之一，如果对织物外观的模 拟失真或不能显示，将大大减少C A D 系统的应用范 围。因此，探索有效的计算机模拟显示方法对完善 和增强a o 系统功能有着重要的意义。本文以织 物的几何结构和织物交织时产生的力的作用为基 础，用三次B 样条曲线描述纱线的屈曲形态，建立 了织物的空间几何模型，并在此基础上利用计算机 三维实体造型技术，实现了织物结构的三维计算机 图形显示，为织物外观的真实感模拟显示探索了新 的实现思路与方法。 考文献 l 瞿

18、畅复杂粤 物组织计算机辅助设计与织物仿真技术研究( 学 位论文) 南京理工大学，2 0 肿 2 吴奕立等织物计算机模拟显示方法的探索纺织学报，1 9 ”( 5 ) ： 3 6 3 8 3 杨俊霞织物中纱线的变位与外观的形成天津纺织科技1 9 9 8 ( 1 ) ：1 2 1 5 4 髓w dF R 0 9 哪JA l a r LA ( I a r 【B 计算机图学的数学基础 译 北 京：人民教育出版社，1 9 8 1 5HYL i na f l dAN e 州0 nC d n p u 坩R 印r 髂t a t l 饥o fW d v 肌F a b 一 cb y U 5 i I 】g B s p h 曙J1 h tI r 衄1 9 9 99 0p a nI ：6 2 6J mL 1 a nH un n 鹎o fW o 恻1 址丽cg e 。l T 】e t r yT 腻t i l eA s I a ，1 9 9 5 ( 1 ) ：5 8 6 0 7 蔡陛霞謦l 物结构设计北京：中国纺织出版社，1 9 7 9 8 韩新生等提高计算机对机织物模拟的真实感纺织学报，1 9 9 6 ( 1 2 ) ：4 l 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark