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滑块—弹簧力学模型的平纹织物几何结构三维模拟研究

作　者: 张香俊
导　师: 郑天勇
学　校: 中原工学院
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: 平纹织物几何结构 滑块-弹簧模型 纱线截面 B样条曲线 三维模拟
分类号: TS106.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本课题拟建立力学模型计算平纹织物的几何结构，并进行三维模拟。首先假设纱线是完全弹性体，根据Peirce几何理论模型考虑影响平纹织物几何结构的参数，如经纬纱直径、密度、线细度、纱线上机张力及经纬自身纱弹性系数等；然后建立串联的滑块-弹簧力学几何模型，使交织点运动某种步长，纱线伸长或缩短，用虎克定律定义计算经纬纱的作用力情况来判断纱线的运动趋势，不断迭代步长重复计算作用力，直至纱线受力平衡停止运动，织物处于稳定结构，确定了经纬交织点在纱线移动过程中的三维空间位置表示方法。织造平纹布样，研究纱线椭圆形截面的变化规律，用Keyence数码显微镜沿织物纱线中心线方向对压扁程度进行了非破坏性测量，得到了测量位置与压扁系数呈高度正线性相关，同时分析紧度对纱线压扁系数的影响发现两者之间没有很大的关联性。利用B样条曲线曲面技术构建纱线的三维曲面：用二次B样条曲线的造型原理对纱线的不同截面进行造型，三次保形性B样条曲线构建稳健的纱线屈曲形态。根据以上研究结果和造型原理，编写了Visual Studio2010基于OpenGL绘图机制的应用程序代码，实现的功能有：（1）由组织点位置的改变，判断经纬纱的合力方向，窗口界面显示纱线交织点和中间点步长变化的三维坐标数组，直至受力平衡；（2）根据纱线参数和排列顺序保存三维坐标数组成文本文档用于计算机模拟织物结构；（3）计算机读取数组数据模拟织物的三维几何结构并显示在屏幕上。目的是设置不同经纬纱参数用计算机模拟平纹织物三维效果图，分析织物结构的变化，对研究结果进行验证和分析。本课题精确研究了平纹织物三维结构的仿真模拟，为机织物复杂组织的模拟研究提供了思路。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1. 绪论  9-14
  1.1 研究背景  9
  1.2 发展现状及研究意义  9-10
  1.3 国内外研究现状  10-13
    1.3.1 织物几何结构空间状态的模拟研究  10-12
    1.3.2 织物几何结构的三维表征  12-13
  1.4 本课题研究内容  13-14
2. 平纹织物几何结构的力学模型及迭代计算  14-29
  2.1 织物几何结构研究综述  14-16
    2.1.1 Perice 理论模型的研究  14-15
    2.1.2 力学分析的 Perice 几何理论模型  15-16
  2.2 织物几何结构中心线形态的力学建模  16-19
    2.2.1 纱线材料的力学性质  17-18
    2.2.2 织物上机握持阶段纱线的力学建模和分析  18-19
  2.3 平纹织物力学几何结构的迭代计算  19-28
    2.3.1 初始结构纱线中心线形态与位置坐标  19-22
    2.3.2 运动步长a纱线中心线走向与位置坐标  22-24
    2.3.3 运动步长b纱线中心线走向与位置坐标  24-26
    2.3.4 运动步长c和e纱线中心线走向的力学公式  26-28
  2.4 小结  28-29
3. 平纹织物纱线压扁规律研究  29-40
  3.1 平纹布样的织造设计和压扁测量  29-35
    3.1.1 平纹布样的织造设计  29-30
    3.1.2 布样纱线的压扁测量方法  30-32
    3.1.3 数据统计和分析  32-35
  3.2 纱线测量位置与压扁系数的分析  35-38
    3.2.1 纱线测量位置与压扁系数值的坐标系建立  35-37
    3.2.2 结果分析  37-38
  3.3 小结  38-40
4. 纱线 B 样条曲面造型原理  40-43
  4.1 B 样条曲线造型原理  40
  4.2 纱线横截面的二次 B 样条造型  40-41
  4.3 保形三次 B 样条的纱线造型原理  41-42
  4.5 小结  42-43
5. 织物结构的验证分析及三维模拟  43-57
  5.1 VISUAL STUDIO 2010 及 OPENGL 概况  43
  5.2 程序流程图及模拟说明  43-45
    5.2.1 程序流程图  43-45
    5.2.2 织物三维模拟重建的数据构造  45
  5.3 织物几何结构的数据验证  45-56
    5.3.1 经纱上机张力  46-49
    5.3.2 不同经纬纱直径  49-51
    5.3.3 改变经密和纬密  51-52
    5.3.4 不同纱线材料  52-54
    5.3.5 细平布及府绸的三维模拟比较  54-56
  5.5 小结  56-57
6. 结论与展望  57-59
  6.1 结论  57
  6.2 展望  57-59
参考文献  59-62
附录：硕士研究生期间发表论文及参与科研项目  62-63
致谢  63-64
附件：力学公式推导步骤  64-76

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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 纺织工业、染整工业 > 一般性问题 > 混纺织物 > 普通织物 > 平纹织物
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