[发明专利]用于单根造纸纤维特性及动态形变过程的计算机模拟方法

摘要

本发明公开了一种用于单根造纸纤维特性及动态形变过程的计算机模拟方法，步骤包括：(1)通过纤维质量分析仪及相关专利实验方法获取单根造纸纤维的几何及材料性能参数；(2)使用单根纤维的几何参数建立单根造纸纤维的静态模型；(3)基于单根造纸纤维的静态模型建立用于动态模拟的质点‑弹簧模型；(4)基于单根造纸纤维的材料性能计算质点‑弹簧模型的参数；(5)使用Verlet积分法计算各个质点的动态位移过程，从而得到单根造纸纤维整体动态形变过程。该方法简便易行，具有模拟速度快、模拟精度高的特点，可以为后续基于单根纤维性能模拟的纸张动态成型过程模拟，预测纸张性能等研究打下基础。

主权项

1.一种用于单根造纸纤维特性及动态形变过程的计算机模拟方法，其特征在于，所述的计算机模拟方法包括如下步骤：S1、获取目标单根造纸纤维的几何参数及材料性能参数，其中，所述的几何参数包括：纤维长度L和纤维直径Φ，所述的材料性能参数包括：纤维粗度c、弹性模量E、泊松比υ以及剪切模量G；S2、通过单根纤维的纤维长度L和纤维直径Φ建立单根造纸纤维静态模型，所述的单根造纸纤维静态模型为纵向分段的截面离散模型，所有纵向分段的长度总和为纤维长度L，离散点平均分布在截面上，纵向分段的每一段看成截面为圆形的斜柱体，前后两个柱体首尾相连并共用截面；S3、基于单根造纸纤维静态模型建立质点‑弹簧模型：首先通过使用单根造纸纤维静态模型中所有分段横截面的中心点和离散点作为质点‑弹簧模型中的质点，再使用弹簧模型连接各个质点，其中，所述的弹簧模型包括结构弹簧ST、剪切弹簧SS和中心弹簧CS；S4、计算质点‑弹簧模型参数：基于单根造纸纤维质点‑弹簧模型的拓扑结构及纤维材料性能参数，计算每个截面上的质点质量及每种弹簧的弹性系数；S5、使用Verlet积分法计算造纸纤维动态形变过程：根据模拟需要对单根造纸纤维质点‑弹簧模型中部分或全部质点添加一个或多个外力，所述的外力为重力、拉力或剪切力，再使用基于牛顿第二定律的Verlet积分法对质点‑弹簧模型进行求解，获得造纸纤维动态形变模拟结果。