[发明专利]一种平纹机织物的三维模拟方法

说明书

本发明公开了一种平纹机织物的三维模拟方法，基于Pierce理论模型和平纹机织物的SEM图，采用数学建模方法分别建立纱线截面模型、纱线中心线模型以及截面纤维分布模型；在上述模型的基础上，采用三维建模软件建立单根平纹机织物纤维的三维模型；再根据截面纤维分布模型装配得到单胞纱线三维模型；最后依据平纹机织物纱线交织规律和装配方法得到平纹机织物三维模型。由本发明方法中的数值模拟得到的三维数据可以更加全面和准确地反映微滴在织物表面碰撞后，微滴在织物表面的铺展及渗透过程中的形态变化规律，为连续多颗微滴喷射打印成形导电线路技术的发展提供了重要的理论基础。

技术领域

本发明属于织物建模技术领域，涉及一种平纹机织物的三维模拟方法。

背景技术

随着工业的快速发展，纺织品也向着功能化、智能化方向快速地发展着，并产生了一些智能纺织品。智能纺织品柔性化集成的关键与导电线路的制备有关。近年来，多采用微滴喷射技术在织物表面打印形成导电线路，而微滴与织物基板碰撞的成型状态直接影响了导电线路的成形精度和质量，因此，对微滴沉积过程中的形态变化进行精确控制是制备优良导电线路的关键和难点。

目前，多采用理论分析与数值模拟相结合的方法对微滴沉积过程中的形态变化进行控制。主要通过建立机织物二维模型，对微滴与机织物碰撞后的铺展和渗透过程进行研究，揭示微滴在织物表面铺展和内部渗透过程中的形态变化规律，从而为打印高质量的导电线路提供理论基础。但是，由于织物基板的组成纱线的纤维细度非常小，扭曲复杂，使得织物表面具有高粗糙度和多孔等复杂特征；而采用平纹机织物二维模型只能描述织物二维横截面上微滴表面铺展和内部渗透过程，分析得到的形态变化规律不准确。因此，建立出与真实织物基本符合，而且能够准确、全面地分析出微滴在织物表面铺展和内部渗透过程中的形态变化规律的模拟方法，是微滴喷射打印成形高质量导电线路亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种平纹机织物的三维模拟方法，具有模拟成型的平纹机织物与实际平纹机织物较为逼近，可以更加全面和准确反映微滴在织物表面碰撞、铺展及渗透过程的形态变化的特点。

本发明所采用的技术方案是，一种平纹机织物的三维模拟方法，基于Pierce理论模型和平纹机织物的SEM图，采用数学建模方法分别建立纱线截面模型、纱线中心线模型以及截面纤维分布模型；在上述模型的基础上，采用三维建模软件建立单根平纹机织物纤维的三维模型，再通过装配得到单胞纱线三维模型；在上述单胞纱线三维模型的基础上，依据平纹机织物的纱线交织规律装配得到平纹机织物三维模型；具体按照以下步骤实施：

步骤1、采用电子显微镜检测相邻纱线的间距，再通过角度测量仪器测出纱线的交织角，通过图像分析软件测量出纱线中心线的宽度、厚度以及纱线中心线形态的屈曲波高，依据上述特征参数建立平纹机织物纱线中心线模型的计算公式；

步骤2、基于Pierce理论和平纹机织物的SEM图，通过图像分析软件测量出纱线截面的宽度和高度，依据上述特征参数建立平纹机织物纱线截面模型的计算公式；

步骤3、采用电子显微镜得到平纹机织物的SEM图，通过图像分析软件测量出平纹机织物纤维的直径，纤维在纱线截面内以半径相等的圆按层分布，同一层的纤维的圆心分布在一条曲线上；依据上述特征参数建立平纹机织物截面纤维分布模型的计算公式；

步骤4、在上述步骤的基础上采用三维建模软件构建经纬向纤维中心线的二维草图，再扫描得到单根平纹机织物纤维的三维模型，再通过装配得到单胞纱线三维模型；

步骤5、在上述单胞纱线三维模型的基础上，依据平纹机织物的纱线交织规律装配得到平纹机织物三维模型。

本发明的特点还在于：

步骤1中的纱线中心线模型的计算公式如下：