張愛(ài)軍， 蔣高明， 李欣欣， 李紅梅

(江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無(wú)錫 214122)

應(yīng)用彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型的雙賈卡提花織物形變仿真

張愛(ài)軍， 蔣高明， 李欣欣， 李紅梅

(江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無(wú)錫 214122)

為改善雙賈卡提花經(jīng)編織物的結(jié)構(gòu)形變仿真效果，在分析雙賈卡織物線圈結(jié)構(gòu)形變影響因素的基礎(chǔ)上，建立了成圈型、壓紗型和襯緯型線圈幾何結(jié)構(gòu)模型；在傳統(tǒng)的彈簧質(zhì)點(diǎn)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，取線圈根部作為質(zhì)點(diǎn)，線圈之間的延展線為彈簧，根據(jù)雙賈卡提花特點(diǎn)，針對(duì)壓紗賈卡與襯緯賈卡設(shè)定虛擬質(zhì)點(diǎn)，建立雙套彈簧系統(tǒng)；根據(jù)牛頓第二定律和顯式中點(diǎn)法，計(jì)算質(zhì)點(diǎn)在二維平面的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，從而確定線圈的偏移方向和偏移量；利用建立的彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型與力學(xué)分析模型在VC++語(yǔ)言下實(shí)現(xiàn)了雙賈卡提花經(jīng)編織物的二維靜態(tài)仿真，通過(guò)實(shí)際樣例與對(duì)應(yīng)仿真效果對(duì)比，驗(yàn)證仿真方法。

經(jīng)編； 提花織物； 壓紗賈卡； 襯緯賈卡； 彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型； 仿真

雙賈卡提花經(jīng)編織物在帶有賈卡梳櫛的單針床經(jīng)編機(jī)上編織，機(jī)器配有4把半機(jī)號(hào)賈卡梳櫛。前2把半機(jī)號(hào)壓紗賈卡梳櫛配合編織四針壓紗工藝，形成主體花型；后2把半機(jī)號(hào)襯緯賈卡梳櫛配合編織三針工藝，形成地網(wǎng)花型。雙賈卡提花立體感好，花型有凸起效果，賈卡梳櫛通過(guò)穿有不同規(guī)格、不同顏色的紗線，形成層次較單賈卡提花更為豐富的雙賈卡織物。雙賈卡提花經(jīng)編織物廣泛應(yīng)用于窗簾、臺(tái)布、沙發(fā)裝飾等家紡用品，有彈性的雙賈卡提花織物可用作女性時(shí)裝面料，市場(chǎng)前景良好。

隨著經(jīng)編提花產(chǎn)品流行趨勢(shì)的快速更替，給新產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提出新的挑戰(zhàn)。計(jì)算機(jī)仿真功能可使設(shè)計(jì)者預(yù)先獲知設(shè)計(jì)的實(shí)際織物外觀效應(yīng)，避免反復(fù)試織造成的物資浪費(fèi)，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)經(jīng)編賈卡提花織物的形變仿真采用幾何建模法，對(duì)大量賈卡提花織物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，統(tǒng)計(jì)不同組織線圈偏移量進(jìn)而歸納線圈偏移規(guī)律，設(shè)定好各種組織線圈的變形參數(shù)，再根據(jù)工藝中的賈卡提花組織設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)織物二維仿真。這種方法忽略了原料和組織結(jié)構(gòu)的物理特性，仿真效果較生硬[1-3]，因此，本文提出基于彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型的賈卡提花織物形變仿真方法，通過(guò)建立改進(jìn)的雙賈卡提花織物彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型，分析織物線圈受力形變，探討受力變化與結(jié)構(gòu)形變之間的關(guān)系，使仿真效果更真實(shí)。

1 雙賈卡織物線圈形變影響因素

經(jīng)編賈卡基本組織有厚、薄、網(wǎng)孔之分，3種組織組合形成豐富的提花效應(yīng)。隨著壓紗賈卡四針新技術(shù)和雙賈卡提花技術(shù)的發(fā)展，賈卡提花工藝得到進(jìn)一步提升，提花效果更加豐富。

1.1 不同梳櫛之間的影響

對(duì)于雙賈卡提花織物，同根織針上形成地梳線圈和2個(gè)賈卡線圈，地梳編鏈線圈同時(shí)受前壓紗賈卡和后襯緯賈卡線圈延展線的雙重影響，二者的拉力進(jìn)行疊加。前、后賈卡基本組織不同，其延展線對(duì)線圈的彈性力大小也不同，在進(jìn)行仿真時(shí)，需要在紗線原本張力的基礎(chǔ)上設(shè)定不同的力學(xué)參數(shù)。

1.2 不同賈卡組織之間的影響

賈卡梳櫛通過(guò)賈卡導(dǎo)紗針的偏移控制形成不同的賈卡組織，不同賈卡組織的延展線長(zhǎng)度和方向不同，對(duì)地梳線圈形變影響不同。前壓紗賈卡厚組織延展線跨越4個(gè)線圈縱行，后襯緯賈卡厚組織延展線跨越3個(gè)線圈縱行，對(duì)地梳編鏈線圈拉力較大；而網(wǎng)眼賈卡組織只在同一編鏈縱行上成圈，對(duì)編鏈的橫向拉力幾乎為零，當(dāng)厚組織和網(wǎng)眼組織組合時(shí)因線圈受力不平衡而產(chǎn)生歪斜。

1.3 線圈之間的間接影響

在考慮不同組織之間直接影響的同時(shí)，還需注意不同線圈間的間接影響。不直接接觸的線圈之間也會(huì)發(fā)生相互影響，當(dāng)上、下兩端線圈受到延展線拉力時(shí)，處于中間位置的不受拉力的線圈也會(huì)隨之發(fā)生形變，如圖1所示。傳統(tǒng)的方法在對(duì)這樣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真時(shí)，是以每個(gè)線圈上下3個(gè)線圈的橫向位置的平均值作為該線圈的橫向最終位置[2]，只是模擬大致外觀效果，并非基于物理模型的受力-位移分析。在本文提出的雙賈卡經(jīng)編織物的彈簧-質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)中，可以認(rèn)為是上下質(zhì)點(diǎn)之間結(jié)構(gòu)力的影響。根據(jù)力的擴(kuò)散原理，受力質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)會(huì)引發(fā)周圍質(zhì)點(diǎn)位移的變化。

圖1 上下線圈之間影響Fig.1 Influence of correlation organization

2 線圈模型的建立

合理的線圈模型是雙賈卡提花織物形變仿真的基礎(chǔ)。雙賈卡提花經(jīng)編針織物包括成圈型、壓紗型和襯緯型線圈結(jié)構(gòu)。理論上成圈線圈模型可采取6點(diǎn)型折線幾何模型和B樣條曲線建模的方法，前者仿真速度較快，后者線圈模擬效果較為圓順，但仿真速度較慢。綜合考慮仿真質(zhì)量和仿真速度，本文選取傳統(tǒng)6點(diǎn)線圈模型模擬織物線圈。經(jīng)過(guò)多次程序測(cè)試，建立如圖2所示的3種線圈結(jié)構(gòu)模型。成圈型采用傳統(tǒng)的6點(diǎn)模型P1～P6來(lái)定義線圈形狀；襯緯型采用4點(diǎn)模型P1～P4來(lái)定義線圈形狀，壓紗梳櫛與地梳編鏈同向的開(kāi)口組織，采用2點(diǎn)模型P1～P2來(lái)定義線圈形狀。

圖2 線圈模型Fig.2 Stitch model. (a) Pillar model; (b)Inlay model; (c) Fall-plate model

圖中各參數(shù)具體定義：h1=0.7h，h2=0.5h，h3=h4=0.167h，w1=0.018w，w2=0.066w，w3=0.036w。其中：h為織物成品線圈高度，mm；w為相鄰線圈縱行間的距離，mm。h=10/dz，w=10/dh，成品縱密dz和成品橫密dh分別指1 cm內(nèi)的線圈橫列數(shù)和縱行數(shù)[4]。

3 結(jié)構(gòu)形變的模擬

彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型是基于物理特征的建模，常用于柔性織物或服裝的模擬[5]。將織物質(zhì)量簡(jiǎn)化為均勻分布的質(zhì)點(diǎn)，根據(jù)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，分析質(zhì)點(diǎn)間彈性力的作用關(guān)系，通過(guò)數(shù)值求解分析質(zhì)點(diǎn)在一定時(shí)間步長(zhǎng)下的速度及空間位移變化，實(shí)現(xiàn)織物形變模擬。本文對(duì)傳統(tǒng)彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型進(jìn)行改進(jìn)，使之更適用于雙賈卡提花經(jīng)編織物的二維形變仿真。

3.1 彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型

3.1.1 傳統(tǒng)彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型

傳統(tǒng)彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型中將質(zhì)點(diǎn)間的受力簡(jiǎn)化為結(jié)構(gòu)彈簧、剪切彈簧和彎曲彈簧[6]，如圖3所示。質(zhì)點(diǎn)P(i,j)與P(i,j+1)、P(i, j)與P(i+1, j)之間的彈簧為結(jié)構(gòu)彈簧，模擬織物拉伸時(shí)的受力，彈簧彈性系數(shù)較大；質(zhì)點(diǎn)P(i, j)與P(i+1, j+1)、P(i+1, j)與P(i, j+1)之間的彈簧為剪切彈簧，模擬織物斜向受力并防止斜向發(fā)生過(guò)度變形，用來(lái)模擬織物延展性；質(zhì)點(diǎn)P(i, j)與P(i+2, j)、P(i, j)與P(i, j+2)之間的彈簧為彎曲彈簧，模擬織物的抗彎能力，實(shí)現(xiàn)織物在三維空間內(nèi)的正常彎曲變形。

圖3 傳統(tǒng)彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型Fig.3 Conventional mass-spring system. (a) Stretching spring; (b)Shearing spring; (c)Bending spring

傳統(tǒng)質(zhì)點(diǎn)彈簧模型將織物作為一個(gè)整體，模擬其在若干相等時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)的受力形變，而雙賈卡經(jīng)編提花織物因織物厚度較小忽略其三維空間形態(tài)，僅考慮二維空間內(nèi)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)形變，需要根據(jù)組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)模型進(jìn)行一定的改進(jìn)。

3.1.2 改進(jìn)彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型

建立經(jīng)編雙賈卡針織物彈簧質(zhì)點(diǎn)模型，取每個(gè)線圈根部作為質(zhì)點(diǎn)，將延展線作為連接質(zhì)點(diǎn)的彈簧，如圖4所示。本文主要實(shí)現(xiàn)雙賈卡織物二維靜態(tài)仿真，暫不考慮織物的彎曲，地梳編鏈的延展線簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)間的縱向結(jié)構(gòu)彈簧，如圖5(a)所示。賈卡形成網(wǎng)孔時(shí)，其延展線與編鏈同向，無(wú)橫向連接；當(dāng)賈卡形成非網(wǎng)孔組織時(shí)，延展線與編鏈縱行間有一定的夾角，其延展線簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)之間的剪切彈簧。襯緯賈卡厚組織延展線跨越3個(gè)縱行，故需在傳統(tǒng)剪切彈簧質(zhì)點(diǎn)的模型基礎(chǔ)上增加質(zhì)點(diǎn)P(i+2, j)和P(i+2, j+1)；壓紗賈卡厚組織延展線跨越4個(gè)縱行，需增加質(zhì)點(diǎn)P(i+3, j)與P(i+3, j+1)，并按照賈卡偏移規(guī)律形成對(duì)應(yīng)的剪切彈簧[7]，如圖5(b)所示。此模型中的彈簧為輕繩彈簧，忽略彈簧斥力，只考慮拉力。

圖4 幾何線圈與質(zhì)點(diǎn)彈簧Fig.4 Relationship between loop and mass-spring

圖5 改進(jìn)的彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型Fig.5 Modified mass-spring systems. (a) Longitudinal structural spring; (b) Jacquard shear springs

由于雙賈卡經(jīng)編織物的地梳編鏈同時(shí)受到前壓紗賈卡組織延展線和后襯緯賈卡組織延展線的拉力，且墊紗組織不同，相同條件下，二者對(duì)地梳編鏈拉力大小略有差異，因此，在給整塊織物建立彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型時(shí)，需建立2套彈簧系統(tǒng)，2個(gè)系統(tǒng)共用1個(gè)質(zhì)點(diǎn)體系，每個(gè)系統(tǒng)有獨(dú)立的彈簧，且彈簧勁度系數(shù)不同，質(zhì)點(diǎn)受力為2套系統(tǒng)力的疊加，如圖6所示。為清楚表示不同賈卡組織的各種彈簧，圖中增加了一套虛擬質(zhì)點(diǎn)[8]。

圖6 雙套彈簧系統(tǒng)模型Fig.6 Pair of mass-spring system. (a) Pair of longitudinal structural spring model; (b) Pair of jacquard shear springs

3.2 質(zhì)點(diǎn)受力分析

在彈簧-質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)中，質(zhì)點(diǎn)因受到各種彈性力的作用而產(chǎn)生速度和位移，產(chǎn)生線圈的形變。彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型中各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)微分方程取決于其所受合力，包括內(nèi)力和外力[9]。動(dòng)態(tài)仿真中外力主要包括空氣阻力、風(fēng)力、重力等，本文主要研究雙賈卡提花經(jīng)編織物二維靜態(tài)仿真，可忽略空氣阻力和風(fēng)力，且重力和桌面支持力平衡，仿真過(guò)程中對(duì)織物所受外力不予考慮。

在彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型中，質(zhì)點(diǎn)所受內(nèi)力主要由阻尼力Fd和彈性力fL組成[10]，見(jiàn)式(1)。質(zhì)點(diǎn)P(i, j)與質(zhì)點(diǎn)P(p, q)間的阻尼力Fd見(jiàn)式(2)，彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型中的彈簧假定為理想彈簧，需根據(jù)胡克定律同時(shí)計(jì)算壓紗賈卡和襯緯賈卡的彈簧彈性力，并對(duì)二者進(jìn)行疊加，如式(3)～(5)所示。

Fi(i,j)=fL+Fd

(1)

F(i,j)(p,q)d=K(i,j)(p,q)d(v(p,q)-v(i,j))

(2)

(3)

(4)

(5)

假定整塊織物質(zhì)量均勻分布，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量定為m，根據(jù)牛頓第二定律可得質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程，如式(6)所示，質(zhì)點(diǎn)位移實(shí)質(zhì)為時(shí)間的二次積分，建立微分方程如式(7)所示。

F(i,j)=Fi(i,j)=m×a(i,j)

(6)

(7)

式中：F(i, j)表示質(zhì)點(diǎn)所受合力；Fi(i, j)表示質(zhì)點(diǎn)所受內(nèi)力；m為質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量；a(i, j)表示質(zhì)點(diǎn)的加速度；x(i, j)表示質(zhì)點(diǎn)的位移。

3.3 動(dòng)力方程的求解

利用彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型分析線圈形變的關(guān)鍵是進(jìn)行動(dòng)力方程求解，即選擇合適的數(shù)值積分法進(jìn)行數(shù)值積分。數(shù)值積分法可分為隱式積分法和顯式積分法[11]。隱式積分法在精度和穩(wěn)定性方面更具優(yōu)勢(shì)，但其計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算量大，不利于提高仿真速度，因此，本文綜合考慮仿真效果和速度，使用顯式積分法求解彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型的形變過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)織物二維仿真。顯式積分法中常用的是顯式歐拉法和顯式中點(diǎn)法。顯式歐拉法計(jì)算簡(jiǎn)單，求解最迅速，但計(jì)算精度不高，只有一階精度，見(jiàn)式 (8)。

(8)

顯式中點(diǎn)法2次調(diào)用顯式歐拉法，具有二階精度，見(jiàn)式(9)，假設(shè)時(shí)間步長(zhǎng)為h。

(9)

綜合仿真要求、計(jì)算量和計(jì)算精度，本文采用顯式中點(diǎn)法(即在1個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，2次調(diào)用顯示歐拉法)進(jìn)行積分。

每次運(yùn)算分2步進(jìn)行，先調(diào)用1次歐拉公式，計(jì)算(h+t)/2時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度和位置，然后對(duì)質(zhì)點(diǎn)受力進(jìn)行更新，然后再次調(diào)用歐拉公式計(jì)算剩余h/2時(shí)間步長(zhǎng)后新的質(zhì)點(diǎn)速度和位置，見(jiàn)式(10)、(11)。

(10)

(11)

3.4 約束的增加

3.4.1 位置約束

根據(jù)雙賈卡提花經(jīng)編織物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，地梳2個(gè)相鄰編鏈之間的最小距離為零，不能發(fā)生交叉，即質(zhì)點(diǎn)P(i，j)永遠(yuǎn)在質(zhì)點(diǎn)P(i+1，j)的左側(cè)，所以需要在積分過(guò)程中設(shè)定位置限制條件。取屏幕左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平向右為X軸正方向，豎直向上為Y軸正方向，X(i, j)代表質(zhì)點(diǎn)P(i，j)的位置坐標(biāo)，對(duì)于任意i∈[0，M-1],j∈[0，N],X(i+1,j)-X(i,j)≥0，M為花寬(單位為縱行)，N為花高(單位為橫列)。

3.4.2 動(dòng)態(tài)約束

避免線圈出現(xiàn)過(guò)度偏移還可通過(guò)修正彈簧兩端質(zhì)點(diǎn)速度[12]，設(shè)定彈簧長(zhǎng)度極限值，每次迭代計(jì)算后，檢查每個(gè)彈簧長(zhǎng)度是否達(dá)到極限值，如果達(dá)到極限值，修正該彈簧兩端質(zhì)點(diǎn)速度，避免彈簧過(guò)度伸長(zhǎng)[13]。彈簧極限長(zhǎng)度值需要根據(jù)具體織物結(jié)構(gòu)和纖維材料來(lái)確定，一般為彈簧初始長(zhǎng)度的101%～115%。

圖7 質(zhì)點(diǎn)速度分解Fig.7 Velocity resolution

3.5 程序運(yùn)行流程

雙賈卡提花經(jīng)編織物形變的仿真實(shí)質(zhì)上是確定各質(zhì)點(diǎn)在屏幕上的最終位置。理論上質(zhì)點(diǎn)最終僅在很小的位移變化范圍內(nèi)振蕩，直到機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)一定時(shí)間位移改變足夠小時(shí)，對(duì)于最后的仿真效果影響不大，為減少計(jì)算耗費(fèi)的時(shí)間，提高仿真效率，積分達(dá)到一定程度即可終止，最佳終止時(shí)間點(diǎn)可通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得，程序主要工作流程如圖8所示。

圖8 仿真流程Fig.8 Simulation flowchart

4 雙賈卡提花織物形變仿真的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型計(jì)算出的質(zhì)點(diǎn)最終位置坐標(biāo)，得出結(jié)構(gòu)形變量，結(jié)合織物線圈幾何模型，在VC++編譯環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)雙賈卡提花經(jīng)編織物的仿真。圖9示出實(shí)物圖和對(duì)應(yīng)的仿真效果。對(duì)比可知本文模型具有可行性。

圖9 織物實(shí)物與仿真效果Fig.9 Real sample (a) and simulation effect (b)

5 結(jié) 論

本文實(shí)現(xiàn)了基于彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型的雙賈卡提花經(jīng)編織物形變的快速、高效模擬，主要在3個(gè)方面進(jìn)行了研究。

1)結(jié)合雙賈卡提花經(jīng)編織物結(jié)構(gòu)特征，分析了線圈變形影響因素，包括前后梳櫛線圈間的影響、不同賈卡組織間左右直接或間接的影響、上下線圈間直接或間接影響，建立了6點(diǎn)線圈幾何模型。

2)引入改進(jìn)的彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型分析線圈形變，使之更適用于雙賈卡經(jīng)編織物。將線圈根部簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)，將編鏈延展線、壓紗賈卡延展線和襯緯賈卡延展線簡(jiǎn)化為縱向結(jié)構(gòu)彈簧和剪切彈簧，忽略傳統(tǒng)模型中的彎曲彈簧。根據(jù)雙賈卡提花特點(diǎn)，建立2套彈簧質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)，分別表現(xiàn)地梳編鏈線圈受到的壓紗賈卡延展線和襯緯賈卡延展線的拉力，2套系統(tǒng)共用同一套質(zhì)點(diǎn)，2套系統(tǒng)彈簧的力可進(jìn)行疊加。

3)進(jìn)行質(zhì)點(diǎn)受力分析，選用顯式中點(diǎn)法實(shí)現(xiàn)質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力方程求解，通過(guò)增加質(zhì)點(diǎn)位置約束和質(zhì)點(diǎn)速度修正對(duì)織物進(jìn)行超彈修正，得到質(zhì)點(diǎn)最終位置。最后根據(jù)質(zhì)點(diǎn)位置確定線圈最終形態(tài)，結(jié)合線圈結(jié)構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)雙賈卡提花經(jīng)編織物的仿真。FZXB

[1] 張愛(ài)軍. 賈卡經(jīng)編針織物的結(jié)構(gòu)與仿真研究[D].無(wú)錫:江南大學(xué), 2008: 19-20. ZHANG Aijun. Research on structure and simulation of the jacquard fabric warp-knitted fabric[D]. Wuxi: Jiangnan University, 2008: 19-20.

[2] 張姿葉,蔣高明,叢洪蓮,等. 浮紋型賈卡經(jīng)編針織物的計(jì)算機(jī)仿真[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2011, 32(2):53-57. ZHANG Ziye, JIANG Gaoming, CONG Honglian, et al. Technical design and simulation of warp knitted cliptronic jacquard fabric [J]. Journal of Textile Research, 2011, 32(2):53-57.

[3] 叢洪蓮,雷惠,蔣高明. 無(wú)地網(wǎng)多梳拉舍爾花邊的設(shè)計(jì)與仿真[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2013, 34(9):62-67. CONG Honglian, LEI Hui, JIANG Gaoming. Design and simulation of ground net-free multibar Raschel lace[J]. Journal of Textile Research, 2013, 34(9):62-67.

[4] 張巧麗. 浮紋型賈卡經(jīng)編針織物的結(jié)構(gòu)與仿真[D]. 無(wú)錫：江南大學(xué), 2009:14-15. ZHANG Qiaoli. Technique and simulation of warp knitted broche fabric[D]. Wuxi: Jiangnan University, 2009:14-15.

[6] 惠衛(wèi)華, 關(guān)正西. 基于質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型的布料仿真研究[J]. 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì), 2007, 28(3):664-667. HUI Weihua, GUAN Zhengxi. Research on cloth modeling simulation based on mass spring model [J]. Computer Engineering and Design, 2007, 28(3):664-667.

[7] 李紅梅, 蔣高明, 李欣欣. 帶鳥(niǎo)巢效應(yīng)壓紗賈卡提花織物的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2015,36(12):140-145. LI Hongmei, JIANG Gaoming, LI Xinxin. Computer-aided design of fall-plate jacquard fabrics with nest effect [J]. Journal of Textile Research, 2015, 36(12):140-145.

[8] ZHANG Jiahua, BACIU George, CAMERON Justin, et al. Particle pair system: an interlaced mass-spring system for real-time woven fabric simulation[J]. Textile Research Journal, 2012, 82(7):655-666.

[9] 紀(jì)峰, 李汝勤. 基于粒子-彈簧系統(tǒng)的面料仿真模型[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2004, 25(1):42-44. JI Feng, LI Ruqin. Fabric simulation model based on mass-spring system [J]. Journal of Textile Research, 2004, 25(1):42-44.

[10] 顧沁婷, 李艷梅, 劉翔. 基于質(zhì)點(diǎn)彈簧模型的織物形象化仿真技術(shù)與展望[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2013, 34(3):147-153. GU Qinting, LI Yanmei, LIU Xiang. Visualization simulation technology of cloth deformation based on mass-spring model and its prospect [J]. Journal of Textile Research, 2013, 34(3):147-153.

[11] 王會(huì)嶺. 基于紗線及面料性能的織物動(dòng)靜態(tài)懸垂模擬[D]. 上海: 東華大學(xué), 2013:35-43. WANG Huiling. Fabric modeling and drape simulation of static and dynamic appearance based on the properties of yarn and fabric[D]. Shanghai: Donghua University, 2013:35-43.

[12] 李文杰,黃文清,盛月紅. 基于改進(jìn)彈簧質(zhì)點(diǎn)模型的織物模擬算法[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī), 2012, 25(1):60-62. LI Wenjie, HUANG Wenqing, SHENG Yuehong. Cloth simulation based on improved spring-mass model[J]. Industrial Control Computer, 2012, 25(1):60-62.

[13] VASSILEV Tzvetomir, SPANLANG Bernhard, CHRYSANYHOU Yiorgos. Fast cloth animation walking avatars [J]. Computer Graphics Forum, 2001, 20(3):260-267.

Deformation simulation of double jacquard fabric using mass-spring model

ZHANG Aijun, JIANG Gaoming, LI Xinxin, LI Hongmei

(EngineeringResearchCenterforKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

A modified mass-spring model was proposed to improve the structural deformation simulation of double jacquard warp-knitted fabrics. Geometrical loops models, including stitch, fall-plate and inlay, were built first based on analyzing influencing factors and features of deformation. By modifying the conventional mass-spring model, root of the loop model was referred as a mass particle, and underlaps between stitches were regarded as different kinds of springs. According to characteritics of double jacquard fabrics, two sets of spring systems were built with an additional set of hypothetical mass particles, correspondingly for fall-plate and inlay jacquard structures. Particles′ resultant force, motion state and deformation were calculated with Newton Second law and explicit Euler method. With the present mass-spring models and mechanical analysis method, two-dimensional deformation simulation was realized via VC++, and then was proven by comparing real sample and simulation effect.

warp-knitting; jacquard fabric; fall-plate jacquard; inlay jacquard; mass-spring system; simulation

10.13475/j.fzxb.20151005306

2015-10-26

2016-06-07

江蘇省產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目(BY2015019-31)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(蘇政辦發(fā)[2014]37號(hào))

張愛(ài)軍(1982—)，男，博士生。主要研究方向?yàn)閿?shù)字紡織技術(shù)。蔣高明，通信作者，E-mail:jgm@jiangnan.edu.cn。

TS 186.1

A