多轴向经编织物增强复合材料有限元建模.pdf 4页

针织技术2014年第4期针织工多轴向经编织物增强复合材料有限元建模张发．万玉敏(东华大学纺织学院，上海201620)摘要：以地组织为开口编链的±45o多轴向织物增强复合材料为例，基于NURBS曲线和曲面方法结合单胞思路．借助于三维绘图软件CATIA建立多轴向经编针织物的三维实体细观结构模型把建好的多轴向经编织物和树脂基体导入有限元软件ABAQUS进行前处理网格划分通过检测复合材料细观结构模型的网格质量．发现该模型没有错误网格．质量偏低的网格只存在于基体且只占网格总数的1．16％结合ABAQUS求解器计算得到复合材料各部分的应力场云图结果表明．该有限元几何模型既能有效地实现多轴向经编织物的5-维形态仿真．又可以满足有限元数值分析对模型建立的要求．为该类材料的优化设计及其力学性能分析提供一种有效的分析方法关键词：经编；多轴向；复合材料；有限元；建模中图分类号：TS184．1+11文献标志码：A文章编号：1000—4033(2014)04—0023—04NumericalModelofMulti-axialWarp-KnittedFabricReinforcedCompositesZhangFa，WanYumin(CollegeofTextiles，DonghuaUniversity，Shanghai201620，China)Abstract：Inthispaper，thethree—dimensional(3D)microstructuremodelofthe士45。multi—axialwarp-knittedreinforcedcompositeswiththegroundstructureofopenchainwasestablishedbyusingthe3DgraphingsoftwareCATIA．Inthismodel，theNURBScurveandcurvesurfacemethodcombiningwithunit-cellmethodwereadopted．Theestablishedmuhiaxialwarp—knittedfabricandtheresinmatrixwereimportedtothefiniteelementsoftwareABAQUSformeshing．Throughthemeshqualitydetectionforthefiniteelementmodel，noerrorwasfound．Thelowqualitymeshesonlyexistedinthematrixandaccountedfor1．16％ofthetotalnumberofmeshes．ThestressfieldnephogramofeachpartofthecompositeswascalculatedusingABAQUSsolve／"．Theresultsshowthatthefi—niteelementmodelcannotonlyrealizethe3Dshapesimulationofthemulti-axialwarp—knittedfabriceffectively，butalsomeettherequirementsofthefiniteelementnumericalanalysisformodeling．Furthermore，itprovidesaneffectiveanalysismethodfortheoptimizationdesignofthematerialsandmechanicalpropertiesanalysis．Keywords：Warp—Knitted；Multi-axial；Composite；FiniteElement(FE)；Model多轴向经编针织物是一种特经编针织线圈则起捆绑经纬纱使于针织物线圈空间轨迹的复杂性．殊的经编组织结构．是通过在地组织物成为整体的作用以这种织物目前国内外对针织物及其三维结织的横纵方向衬入经纱和纬纱编作为增强体制备的复合材料广泛构的力学数值分析常常基于均匀织而成的⋯由于衬入的经纬纱一应用于风力发电、航空航天等领化方法然而．这种方法只能对复般为刚度和强度较大的高性能连域。合材料的力学性能做简单预测．对续纤维．该增强纱处于伸直状态．多轴向经编技术是一种新型、复合材料各个组分在不同受力情从而能够充分利用其力学性能而高效的预成形体编织技术l2但由况下的力学响应及破坏模式很难基金项目：国家自然科学基金项目(11272087)；东华大学优秀博士创新基金(22320131—28)。作者简介：张发(1986一)，男，博士生。主要从事纺织复合材料在工程中的应用研究。·23． 针但工丛。2014年第4期针织技术后．两者的刚度则非常接近．分别此种结构内部的力学及其他物理2013(1)：84-90．为26．45GPa和28．25GPa这是因响应。总之，该细观结构模型可为[6]丛洪莲，葛明桥，蒋高明．基TNURBS为试验中．试样受力的两个面在起地组织为编链的多轴向经编织物曲面的经编针织物维模型『J]．纺织学报．2008，29(11)：32—7．始阶段不一定完全平行．此时试样增强复合材料的优化设计及其力『7]蒙冉菊．方园．NURBS样条曲线纬受力形式为局部受力：随着加载的学性能分析提供一种有效的分析编针织物线圈结构的建模分析『J]．浙进行．受力面逐渐与加载面完全接方法江理工大学学报，2007，24(3)：219—224．触．试样逐渐呈现为整体性能．从参考文献[8]秦敏，陈少凤，王响，等．经编压纱织而使应力应变曲线逐渐趋于直线．『1]敖伟，陈南梁．双轴向经编针织物的物线圈的三维建模与动态仿真[J]．针织刚度达到稳定值在有限元模型几何结构[J]．国际纺织导报，2001(1)：1=业，2012(4)：3—5．37—42．中．由于试样处于理想状态．所以『9]G0KTEPEO．Useofnon—uniform『2]蒋高明，顾璐英．多轴向经编技术曲线始终保持线性从整体来看．rationalb-splinesforthree-dimensional的现状与发展[J]．纺织导报，2009(8)：有限元模拟的材料刚度与实际试computersimulationofwarpknittedstru—53—56．验刚度值吻合度较好ctures[J]．TurkishJournalofEngineering[3]HUJL．3-Dfibrousassemblies：pro—andEnvironmentalSciences，2001，25(4)：perties，applicationsandmodellingofth—369-378．reedimensionaltextilestructures[M]．Eng—[10]JINLM，HUH，SUNBZ，eta1．皇land：WoodheadPublishingLtd，2008．Asimplifiedmierostructuremodelofbi-『4]张丽哲，蒋高明，高卫东．经编组织axialwarp—knittedcompositeforballistic的三维仿真与动态实现『J]．纺织学报，impactsimulation[J1．CompositesPartB：2009，30(2)：125—30．Engineering，2010，41(4)：337—353．『5]陆倩倩．李炜．经编轴向针织物线圈+．试验；+．模拟。结构模型的研究『J1．玻璃钢／复合材料，收稿日期2013年8月26日图8试验与模拟应力应变曲线比较”+”+”+“+“+“+”+4结束语：丝在国内外对多轴向经编织物外观和三维结构的仿真还处于初步：经编针织物根据形成方法、结构与性研究的阶段．本文提出采用NURBS{胄∈特点白刍分类曲线和曲面的方法结合单胞思路．1．特里科经编织物：如外衣、衬衣、运动衣、头巾、服装衬里、海滨j借助于三维绘图软件CATIA建立服、便服、睡衣等。；多轴向经编针织物的三维实体细2．弹性经编织物：如弹性内衣、泳装、紧身衣、运动衣、体操服、滑观结构模型把建好的多轴向经编雪服等织物和树脂基体导人有限元软件3．贾卡经编织物：如窗纱、台布、沙发靠背与扶手、床罩和装饰性ABAQUS进行前处理网格划分服装面料通过对复合材料有限元细观4．多梳经编织物：如服饰花边、多梳窗帘和时装面料等模型的网格质量检测．发现该模型5．产业用网眼经编织物：如建筑用防护网、农业用防护网、军事用没有错误网格．质量偏低的网格只隐蔽网、遮荫网等。存在于基体且只占基体网格总数6．取向经编织物：如土工格栅、灯箱布、涂层基布、头盔、防弹衣、的1．16％。结合ABAQUS求解器计风力发电叶片和飞机机身的增强骨架材料等算复合材料的应力云图与刚度计7．双针床毛绒织物：沙发面料、汽车座椅面料、玩具绒、腈纶毛毯、算．结果表明．该有限元几何模型棉毯、人造毛皮、地毯等。既能有效地实现多轴向经编针织8．经编间隔织物：如用作层压制品的取代品、复合材料的加强结物的三维形态仿真．又可以满足有构、运动服、安全防护服和医疗领域的过滤网等。9．双针床筒形织物：如弹性绷带、包装袋、连裤袜、手套、三角裤、限元数值分析对模型建立的要求．人造血管等若结合真实材料模型可方便预测．26．