纺织品及服装力学性能工程设计的发展(Ⅱ).pdf

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1、纺织学报第2 4 卷第6 期 纺织品及服装力学性能工程设计的发展( ) 张欣1 姚穆4 ( 西安工稃科技学院，西安，7 1 0 0 4 8 ) 李毅汜杨国荣” ( 香港理工大学纺织及制衣学院) 摘要：综述运用汁算机技术，可对具有强烈结构特点的纺织品和具有动态接触力学特点的服装的定量设计提供先进的硬什和 软件技术。 关譬词：纺织品服装产业州纺织品力学性能工程设计计算机辅助设计发展 中圈法分类号：1 b1 0 l9 2 31文献标识码：A 1 工业用布结构计算机辅助设计系统 在2 0 世纪9 0 年代，D a s t 0 0 r 等发表了一系列关 于建屯机织物工业用布结构设计系统的论文，主要 介绍

2、了2 方面的工作：是为工业用机织物的T 程 设计开发了一个以知识为基础的c A D 系统，能保存 和利用专家知识，支持工业用布的结构设计和预测 评价；二是开发了分析平纹织物的单轴向双轴向负 荷一变形性能的软件包，包括一套模拟织物在外力 作用下力学性能的计算模型。这项工作展示了计算 机辅助纺织品工程设计的可行性。 I ) a s t 0 0 r 等建立了机织物工业用布计算机辅助i 殳 计系统( F A B c A D ) 。系统的支撑主要包括：一个用户 界面；用c 浯言编写的控制和通信程序；以知识为 工业崩机织物的设计过程包括决定纤维和纱线的组 分，以及决定能最大限度满足物理力学性能要求的 织物

3、结构。 对工业用布的设汁需求可以表达为使用条件下 的某蟛特征性能。例如：力学性能( 拉伸强力、撕破 强J 、断裂伸艮、疲劳、抗弯刚度、剪切刚度等) ；物理 性能( 厚度、覆盖率、单位面积上的重量、回潮率、光 降解性、热稳定性、透气性等) ；化学性能( 耐酸碱性、 耐生物降解性、染料，涂料的适用性等) 。工业用布 工程设计必须清楚地了解用户所要求的全部的目标 性能，将其按重要程度排序。与重要需求有关的性 能在设计时应给予优先，其他性能可安排在允差范 围内。当有多个设计目标相互冲突时，这一点显得 特别重要。 基础的启发式模块，包括用( ) P s 8 3 和c 语言编写的图l 显示了计算机辅助工业

4、用机织物设计系统 设计规则和步骤；有关纤维、纱线和织物数据的 F A B c A D 的功能。整体操作分为两大部分，一个设 I n f o n 伍x s Q L 数据库平台；用c 语言编写的T 业用 计模块和一个分析模块，既独立又彼此支持。设计 机织物单轴向，双轴向负荷一变形性能的软件包。模块负责推荐满足指定功能需求的待选试样，选择 _ - - q _ _ u l _ _ _ q 。q - | _ _ - 日- _ | H 压板的弹道性能，由此可见，树脂对层压板刚性和结 构整体性的贡献仅限于树脂与织物表面纤维的粘 结，对于弹道防护层压复合材料而言，侵胶现象应该 避免一 3 结论 1 防弹层压复

5、合材料中树脂对靶板刚性和结 构整体性的贡献仅限于树脂与织物表面纤维的粘 结，应避免侵胶。 2 芳纶防弹层压复合材料的树脂含量可以确 定在1 4 2 0 范围内。 3 在合适的树脂含量范围内，芳纶防弹层压复 台材料的弹道极限主要取决于靶板所含的织物层 数；具有相同织物层数的芳纶层压板，具有基本相同 的弹道极限，与树脂含量关系不大。 参考文献 IL a I b kR CB d l l s “cM m B n d sa mP e l m L m t l o nM e c b 8E l e r S 吣n t i f i cP u M l 小m sC 衄p 龃y ，J 9 8 0 ：7 3 一】1 5

6、2 Y 肌g HHA r 唧l _ c H 1 9 h - m “ H 曲 n I N e wY 肿k ：w 1 1 即 I m l e n c e 1 9 8 9 3N 】c o l a 8L a k 日tD e v e l o D m e n t sW i 山K 州l 舡f 。Tl k 目0 n dP r m e c t I o n 9 6 s P e m o I l a IA 珊们s y 8 k m 胄s y 呷响u m S e m ，3 6 1 9 9 6 ，u K ，9 1 9 7 4A I e 日LA LecdN e wM a I e n 越8a r I dC o n 8 t m

7、c t i o nf 盯l 删e dH e l m d $ ， A DA 0 1 8 9 5 8 A M M R CM S7 5 9 5 周国泰等O G F 【) 2 军用芳纶头盔开发研究军需装备研究论文 专辑，1 9 昕：3 6 6张佐光等肪弹芳纶复合材料实验研究北京航空航天大学学 报1 9 9 5 ( 3 ) ：l 一5 7 袁克俭等芳纶复合材料抗弹性能的研究工稃塑料应用，1 9 9 5 ( 3 ) ：4 0 4 2 8 熊杰等防弹层压复合材料及其动态冲击和侵彻性能研究巾 国纺织大学博士论文，1 9 9 8 ：1 0 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Pu

8、rchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报第2 4 卷第6 期 织物结构参数。分析模块则通过执行一套详细的织 物性能预测程序，验汪设汁结果的有效性。设计模 块又分为修改和综合曲部分。修改模块通过重新选 择以前设计的并与目前设仆需求相近的织物结构来 支持设计者的尝试，从而满足设计要求。综合模块 足支持设计者根据设计草图去设计新的织物结构。 通常情况下，当修改阶段失败之后便可直接进入综 合阶段。若数据库中无适合设计目标的样本根据 需要可直接进入设计分支的综合阶段。综合阶段又 进一步划分为设计模块( 直线式综合) 和重新设计模

9、 块。重新设计模块可以追溯到设计推理链r 以前的 结果点。并改进它使之符合约束要求。 用户 _ 叫用户界面 设计模块 第1 阶段( 修改) 第2 阶段 练台) 分析模块 i 碧! 妥嚣轴“霉 总l 平霎曩切l 等 图1计算机辅助T 业用机织物系统F A B c D 的功能 在F A B c A D 系统中，分析模块将提供给用户有 关织物结构设计性能的详细情况。分析模块由许多 程序模块组成，它们各自负责某个特定织物性能的 预测评定。这些程序由纺织结构力学中特定边值问 题的计算分析模块组成，其中包括张力的( 单轴向， 双轴向) 和弯曲的负荷一变形等。对于其它可能建 模的织物性能，如渗透性、抗撕裂性

10、、平面剪切的负 荷一变形和耐磨牢度等，建立计算模型是比较困难 的。D “t 0 0 r 等认为，基于广泛的和可靠的织物结构， 性能实验数据的统计模型，足通向预测评定这些织 物性能如撕裂强力的惟一路径。 2 服装机织物材料计算机辅助设计 1 9 9 7 年，M a s t a o 和s u m s h 提出了一个尚未具体 化的计算机辅助机织物服装材料的总体设计概念， 见图2 。其总体设计包括以F 元素：参考试样d 是 根据要设计的服装类型而选择的参考样板；织物的 概念设计a l ，通常表现为参考试样与织物概念设计 之间的差异；美观效果设计或功能设计a 2 ，确定某 个设汁项目，如材料外观、手感等

11、；基本结构设计 o ，获得纤维、纱线和织物结构的设计参数；基本制 造设汁a 4 ；详细制造设计a 5 ，生产制造新设计的材 料；推断模块b l ，基于质疑逻辑的交流控制模块，便 于设计者和系统之问的相互交流。 豳2 计算机辅助机织物服装材料的总体设计 在概念设计a 1 中，主要信息来自以前产品的实 际数据库和设计者的思想。同时，这些信息将与参 考试样d 的资料相比较。参考试样的使用使设计变 得容易。以这种方式，参考试样町以由某种基础组 织转化为有差异的基础组织。如果试样选择得合 适，设计出的织物和日标设计试样之间的差异必然 很小。 然后，根据所设计产品的最终用途确定设计元 素优先权值b 2 。

12、但仅靠设计元素的优先权值并不 能全部符台美观效果设计或功能设计a 2 的意图。 允差范围指的是元素的设计目标与概念设计之间的 允许偏差值，以此确保设计元素不能背离外观效果 设计或功能设计a 2 的目标。通过功能效果估计模 块b 6 ，分析设计元素和可能结构的有关信息，进行 基本结构设计a 3 ，获得纤维、纱线和织物结构的设 计参数。再通过相互有关的成本估算模块b 5 、成本 估算数据库c 4 和优化计算模块b 4 ，选择基本制造设 计方法a 4 以实现材料的基本结构设计a 3 ，从而确立 材料的制造方法。使用美观效果设计或功能设计 a 2 的数据、优化计算模块b 4 和设计元素优先权值 b 2

13、 以指导结构设计的优选。 3 基于人机工学的服装力学性能的设计 系统 服装是纺织品的最终产品，它的美观性和功能 性是通过人和环境而体现的。服装的装饰性和功能 性作为服装设计的两大要素融合在同一件服装，通 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 堕堡：! i 兰塑笙丝堂笙! 塑 ：! ! ! ：! ! ! ! 过人的心理感觉表现其装饰性，通过人的生理活动 表则其功能性。服装的美学效果和力学舒适性不仅 与服装材料自关，蚵日与人体币服装之间的动念接 触有关。要使

14、服装进步提高功能性和装饰十牛，满 足服装力学舒适性的需求，需要建立基十人机工学 的服装力学性能的设计系统，其目的是使服装更适 台于人而不是人适合于服装。因此，服装山学性能 的1 程设计需要建立在人体和服装之间的动态接触 力学机理研究基础上。然而，关于这方而的研究非 常有限。许多研究虽然在这方面有一定见解，但尚 未将人的生理和心理因素纳入服装的工程设计 之中。 为r 实现以人为本的服装力学性能工程设计， 近几年来，作者“2 结合起拱这服装穿着过程中的 力学性能，进行了一系列理论和实验研究，开发r 一 个基于人体和服装之间动态接触力学模型的服装力 学性能工程设纠系统。图3 足服装力学性能的工程 漫

15、计系统示意图，表示了计算机辅助服装力学性能 的设计过程以及支持它的工程数据库和理论与实验 基础。| 冬| 4 列出J 在服装外观设汁( 款式和装饰殴 计) 和面料设计( 质地色彩和功能性) 过程中需要考 虑的人体凶素主要包括：1 ) 人体形态特征；2 ) 人体运 动生物力学特征；3 ) 人体生理和神经生理特征；4 ) 心 理因素。前三个因素在款式设计和面料功能性设计 中必须给予允分考虑，而在装饰设计和质地色彩设 计中必须考虑人的心理因素。为了实现以人为本的 服装力学性能设计理念，首先需要研究人体和服装 之问的动态接触力学机理，包括服装变形与人体变 形幅度的关系，服装与人体之问的干1 ：用力的大

16、小及 分布，由此连接服装款式设汁和面料设计两个过程。 最近，建立和开发了一个服装力学功能设计系统，对 穿着过程中的服装与人体之间的三维动态力学变形 圈3 服装力学性能的上程畦计系统示意图 和应力分布进行_ 数字化模拟，如J 萼i5 所示。 厩掣辫 亭= ： L 石；赢妒批籼计 圄4 基下、机工学的服装力学性能的设计概念 围5 数字化模拟分析服装力学性能 4 结束语 计算机辅助纺织品及服装产品工程设计将成为 2 1 世纪的标准化设计系统。目前面临的基础工作 是： 1 全面系统地研究纺织产品应用性能与基本性 能间的定量关系，研究纺织品基本性能与织物结构 纱线性能以及织造染整工艺间的定量关系，研究纱

17、 线性能与纱线结构和纤维性能之间的定量关系。 2 建立纺织材料工程数据库和获取有关纤维特 性的详细资料。 3 建立解决纺织融及服装力学问题的理论 模型。 4 建立三维数字化人体和服装模型。 5 编写易于使用的软件并验证其应用性能j 参考 文献 lx z b a n ge t 缸E n g l l l e e r gD e ”g I d ( ；一n 【B 8 鼯”ET h 吲sn f P 0 m d o c t o r a l e l l o w1 o n gK o “gP 。I y t e c l l I l l c 【岫i t y ，2 0 0 2 2 张欣等服装起拱与山学工程设计北京：中国纺织出版社， 2 0 0 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark