（纺织材料与纺织品设计专业论文）织物悬垂性能分析及评价体系的建立[纺织材料与纺织品设计专业优秀论文].pdf

嬷要 本文对织物悬垂性能评价指标给出了理论描述以及计算机实现方法，并对各 评价指标进行了统计学分析，结合懋垂评价的实际需要，最后认为运用悬垂系数 评价织物的悬垂程度，综合不匀指数评价织物的悬垂外观，悬垂因子评价织物综 合悬垂性能，并根据不周情况辅以悬垂形态比，波峰半径离散系数，波谷半径离 教系数，波峰分布角离散系数，波宽离散系数等指标的评价体系是可行的，并在此 基础上运用m a t l a b 对2 3 秘织物进行了模糊聚类分析，结果可行。 本文还对舔垂美感和悬垂外观形态进行了筒单区分。织物悬羹具有交异性和 保持性，织物惑垂变异往的根本是织物悬垂波峰数舀酶变化，盈绞耪怒垂波峰数 日接近正态分布，据此提出最往波蜂数舀豁概念。 通过对各评价指标的统计学分析，认为织物悬垂外观形态的讨 应该界定在 菜个悬垂系数的范濑之内，f 畦( 1 5 ，5 0 ) 比较合邋；同时还发现1 了一些评价指标 秘悬垂系数之间在9 5 的信度下满足缀好的数学关系，这些评价指标包括波峰半 径均谴、波谷半经均姨、最大波峰半经、鼗大波谷半径、最小波峰半径、最小波 谷半径、波宽均僮以及最大波霆。其她评份指标与悬囊系数之间的关系因指标不 嚣褥异，诸魏悬垂澎态比髓着悬垂系数豹增大先减小后增大：波峰数遐、波峰半 径离散系数吸及波宽离数系数琏着悬熏系数增大露减小熬趋势明照，且变化趋势 有所不嗣；波谷半径离散系数、波峰分布熊离数系数以及最小波宽具有薅若悬垂 系数增大而增大静趋势，强交纯趋势蠢掰不丽。 不同的评价指标在悬垂外观的体现上对人眼的感官效果有所不同，文中会有 相应的示意图加以说明。 走予织物懋垂矮玄变髯性，爨以针对织耱悬垂测试时采用 可秘方式形成织物 豹静态悬羹，本文提出了缎物静态悬羲还应该分为d s t 静态悬难积d s 2 势态悬婆两 种情况龆域讨论。蠢，静态懑委是依靠盘身重力，袋存在较枣瓣径趣力作用达到稳 定的悬垂狄态；d s ：静态葱蘑是指戳某一耱运动形式 乍为悬垂静实璇方式镁织物达 到稳定悬羲袄态。作者运用统费等 的舔理对该疑点进幸亍了分奉厅移证明，发现d s l 静态悬垂和d s 2 静态悬蓬之闯以及不丽实现方式的d s 2 静态悬囊之闻都存在一定程 度的差异，最后认为d s 【静态悬垂阮较适合织物的静态悬垂测试。 关键词：织物悬垂，悬垂系数，悬垂因子，综合不匀指数，聚类分析，黢佳 波峰数目，悬雄外观形态，统计学分析，织物悬垂性能变异性、静态悬垂的隧分 l s t u d y o n d r a p ep e r f o r m a n c e o ff a b r i c sa n d e s t a b l i s h i n g o f e v a l u a t i o ns y s t e m a b s t r a c t t h ea r t i c l eg i v e st h e o r yd e s c r i b i n ga n dm e t h o do f c o m p u t e ri m p l e m e n t a t i o na b o u t e a c he v a l u a t i o ni n d e xo ff a b r i cd r a p i n g b e h a v i o r t h r o u g ha n a l y z i n ge v a l u a t i o ni n d e x e sb y u s i n gs t a t i s t i c a lt h e o r yc o m b i n e dw i t ha c t u a ln e e do ff a b r i cd r a p ee v a l u a t i o n ，t h ea u t h o r t h i n k sa p p l y i n gd r a p ec o e f f i c i e n tt 0e v a l u a t ed r a p ed e g r e e ，t h ew h o l eu n e v e n n e s sr a t i ot o e v a l u a t ed r a p ea p p e a r a n c es t a t e ，d r a p ei n d e xt oe v a l u a t et h ei n t e g r a t i o no ff h b r i c d r a p e ， w i t hs e c o n d a r yi n d e x e s ，s u c ha sd r a p es t a t er a t i o ，w a v et r o u g hs c a r e rc o e f f i c i e n t ，w a v e c r e s td i s t r i b u t i o n a n g l e s c a t t e rc o e f l j j c i e n t w a v ew i d t hs c a t t e rc o e f f i c i e n ti sa v a i l a b l e m e a n w h i l e ，b a s e do nf i v ei n d e x e sa b o v e ，t h ec o n c l u s i o n sa r ep r o v e dt h r o u g hc l u s t e r i n g a n a l y s i si nt h em a t l a b 。 t h ea r t i c l eg i v e ss i m p l ed e s c r i p t i o no fd i f f e r e n c e sb e t w e e nd r a p eb e a u t ya n dd r a p e s h a p es t a t u e f a b r i cd r a p eh a sf e a t u r e so f v a r i a t i o nm a dc o n s i s t e n c e ，a n di t sv a r i a t i o ni sd u e t ot h ec h a n g eo f d r a p ec r e s tn u m b e r , w h i c hi sc l o s et on o r m a l d i s t r i b u t i o n ，a c c o r d i n g t ot h i s ， t h ed e f i n i t i o no f o p t i m a lc r e s tn u m b e ri sb r o u g h t u p t h r o u g h s t a t i s t i c a la n a l y s i sa b o u te v a l u a t i o ni n d e x e s ，t h ea u t h o rt h i n k st h ed i s c u s s i o n a b o u td r a p es h a p es t a t u es h o u l db el i m i t e df r o m1 5t o5 0p e r c e n to fd r a p ec o e f f i c i e n t m e a n w h i l e ，u n d e rt h ec o n f i d e n c eo f9 5p e r c e n t ，t h ec e r t a i nr e l a t i o n sb e t w e e ne v a l u a t i o n i n d e x e sa n dd r a p ec o e f f i c i e n ta r ef o u n d ，a n dt h e s ei n d e x e si n c l u d e sa v e r a g ec r e s tr a d i u s ， a v e r a g et r o u g hr a d i u s ，m a x i m u mc r e s tr a d i u s ，m a x i m u mt r o u g hr a d i u s ，m i n i m u mc r e s t r a d i u s , m i n i m u mt r u n g hr a d i u s ，a v e r a g ew a v ew i d t h ，a n dm a x i m u m w a v ew i d t h r e l a t i o n s b e t w e e no t h e ri n d e x e sa n dd r a p ec o e f f i c i e n ta r ed i f f e r e n t ，f o re x a m p l e ，d r a p es h a p er a t i o d e c r e a s e sf i r s t l ya n dt h e ni n c r e a s e sf o l l o w e db yi n c r e a s eo fd r a p ec o e f f i c i e n t ，a n dc r e s t n u m b e r , c vo fc r e s tr a d i u sa n dc vo fw a v ew i d t hg e n e r a l l yd e c r e a s e sf o l l o w e db yd d r a p e c o e f f i c i e n t ，a n dc v o f t r o u g hr a d i u s ，c vo f c r e s td i s t r i b u t i o na n g l ea n dm i n i m u mw a v e w i d t hi n c r e a s e sf o l l o w e db y d r a p e c o e f f i c i e n t s e n s o r yi m p r e s s i o n se v a l u a t i o ni n d e x e sf o r m s t oe y e sa r ed i f f e r e n t ，a n da r es h o w e di n t h ea c c o r d i n g l y f i g u r e s b e c a u s eo fv a r i a t i o no ff a b r i cd r a p e ，a n dh o wt of o r mf a b r i cs t a t i cd r a p e ，t h e a u t h o rt h i n k ss t a t i c d r a p e s h o u l di n c l u d ed s ls t a t i c d r a p ea n dd s 2 s t a t i c d r a p e t h e d i f f e r e n c e sb e t w e e nd s ls t a t i cd r a p ea n dd s 2s t a t i cd r a p e ，a n da m o n gd s 2s t a t i cd r a p e sa r e t b u n d t h ed s is t a t i cd r a p ei sa v a i l a b l e ， z u o t o n g l i n ( f i b e rs c i e n c e a n d t e c h n o l o g y ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o rl ir u q i n k e y w o r d ：f a b r i cd r a p e ，d r a p ec o e f f i c i e n t ，d r a p e i n d e x ，w h o l e u n e v e n n e s sr a t i o ， o p t i m a lw a v e c r e s tn u m b e r , d r a p es h a p es t a t u e ，s t a t i s t i c a la n a l y s i s ，v a r i a t i o no ff a b r i cd r a p e ， d i f f e r e n c eo fs t a t i cd r a p e 辫体一： 东华大学学位论文原刨性声明 本a 簿至声明：我恪寄学术逶德，祟淄严谨学菇。繇景变豹学霞论文，怒奉太在鼯舞豹据等 下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其 毽个人蓑集体爨经发表栽撰写过缝终貉及戏果鹌内鸯。论文隽本人豢塑撰写，我对鼹鸳静内容受 责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：渺堪年 秸藏* f 月， 日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完垒了解学校有关保蹭、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部 门或机构送交硷文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位 论文的全部或部分内辑编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描筹复制手段保存和 汇编本学位论文。 保密口，在年解街后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密河。 学位论文作赣魏侈同昝 日飙泗鞋月f ) - h 指导教师签名： 日期：撕年f 月卫- e t 第1 章关于织物悬垂性能研究的历史川顾、现状以及拉展 第1 章关于织物悬垂性能研究的历史回顾、现状以及发展 1 1关于织物悬垂性能研究理论的回顾、发展 织物悬垂性能作为织物风格的。个重要方面，对它的认识以及研究关系到新型f 岳 料的开发，服装加工的选料、制作，计算机悬垂仿真模拟一直到基于单机或网络f l q _ 5 维试农系统以及服装销售等诸多方面，所以得到国内外专家学者的广泛重视。 织物悬垂性能与其自身力学性能之间的关系、织物悬垂性能与织物组织结构参数 之问的关系、织物悬垂性能的理论评价体系的建立、织物悬垂测试仪器的研发、织物 静动态悬垂的三维仿真和模拟是织物悬垂性能研究的五个大的方面。 图1 1 织物悬垂研究的基本情况 11 1 织物悬垂性能与自身力学性篚之间关系的研究 织物悬垂性能的研究开始于p e i r c e 提出的织物风格可以测量的思想“1 。p e i r c e 认 为织物硬挺性是影响织物悬垂的主要因素，他还提出了最先的测试织物悬垂的方法一 一斜面法，即把织物抽象成悬臂梁“”。，单位宽度织物条悬臂梁在自重作用下弯曲的 微分方程 磐+一wsc。s妒=。(1-dsb 1 ) 2 j s 是织物条悬臂梁端部到p 点的长度，d y 出是悬臂梁点处的曲率，口是悬臂梁的 弯曲刚度，w 是悬臂梁单位面积的重量，给出了该方程的近似解析解，他是一个级数 解的有限项近似 嘉= 丝8 t a n 0 ( 1 _ 2 ) w ，。 。 式中，是悬臂梁的总长度，一是悬臂梁固支端和变形后自由端点的连线与悬臂梁初始 织物息垂性能分析发评价体系的建立 位置的夹角 o s = 0 图1 2 单位冤度织物条悬臂梁在自重作用下弯曲 基于此提出了弯曲长度、柔性刚度、弯曲模量等力学指标，并结合织物的厚度对织物 的悬垂和手感进行了客观评价。 在p e r i c e 以后的许多学者，包括g r o s b e r g 、l i n d b e r g 、o l o f l g o n 、b e h r e 、d a h l b e r g 、 s k e l t o n 等，都对织物的力学性能进行了更为深入的研究。进入到卜个世纪五十年 代，c u s i c k 。”和c h ue ta l ”。开发和设计了测试织物三维悬垂的标准测试方法和仪器，首 次提出伞式法测量织物悬垂，并给出了表征织物悬垂的重要指标：悬垂系数。s u d n i k ”。 研究了弯曲长度与悬垂系数的相关性，进一步证明了织物的弯曲性能在织物悬垂变形 中的重要性。c h ue ta l 的研究认为织物的悬垂系数决定于三个基本的力学参数：杨氏 模量】，、截面惯性矩，和单位面积克重，并在理论卜得到了关于悬垂系数，的公式 f = s ( 口w ) ( 1 3 ) 其中b = y ，其基本上没有跳出弯曲性能与悬垂系数之间关系的圈子。c u s i c k 进 一步考虑了织物的剪切性能，并研究了悬垂系数只与弯曲长度c l 、剪切刚度之间的 关系，得到了下而两个关系式 c = 3 0 c l 一3 0 ( 1 4 a ) 只= 3 5 6 q 一3 6 1 c 1 一2 5 9 a t l + 0 0 4 6 1 a t 。+ 1 7 o ( 1 4 b ) 第二式是个回归方程，其中的g t 代表剪切变形角。到了上个世纪七十年代， k a w a b a t a 丌发出了k e s f 测试系统，以后好多学者的研究就集中在织物的悬垂性能 与k e s f 系统所能测得的1 6 个力学指标之间的关系上。 n i w a 和s e t o 利用k e s f 测得的力学指标把织物的悬垂抽象成个悬臂梁，并且 推导出了一个天于( b 形) ”、( 2 h b w ) 1 归、( a w ) 1 卢、( 2 h g w ) 们的方程( b 为弯曲刚 第1 章关f 织物悬垂性能研究的历史回顾、现状以及发展 度、2 i t b 为弯曲滞后、g 为剪切刚度、2 h g 为剪切滞后、w 为单位面积重量) 。 n i w ae t a l 在他的研究中把织物看成是粘弹体，打破了从简单的弹性力学角度研 究织物变形的传统。c o l l i e r 研究了k e s f 系统的 i 个力学指标( 弯曲刚度、弯曲滞后、 剪切刚度、0 5 0 剪切滞后、5 0 剪切滞后) 与悬垂系数之r 司的关系。m o r o o k a 等人利用 k e s f 系统测得的力学性能，经分析认为在k e s f 提供的1 6 个力学指标中，弯曲刚 度和重量对悬垂性能的影响最大。k a w a b a t a 对织物的悬垂系数和刚度的关系进行了研 究，得到关系式 c = 5 1 + 1 1 5 ，0 w ，0 c 。+ 1 3 1 o “b o g 。+ 1 2 3b x 瓦4 5 g o( 1 - 5 ) 岛一纬向弯曲刚度，口，。一经向弯曲刚度，b 。，斜向弯曲刚度，g 。平方米重 j i n l i a nh ue ta l 在前面研究的基础上，第一次将织物的拉伸性能、弯曲性能、剪 刀性能、压缩性能以及表面摩擦性能联合起来，从整体的角度研究了他们与织物悬垂 系数之间的关系。 1 1 2 织物悬垂性能与织物组织结构参数之间关系的研究 这方面的研究主要集中在运用灰色聚类理论、神经网络分析、方差分析等数学手 段对织物组织结构参数和织物悬垂性能的关系，不同织物之间悬垂性能的差异、织物 悬垂性能的改善等诸多内容进行分析、统计，得到必要的结论，并因此把悬垂性能理 论应用于服装加工领域等等。 张宁“”通过对十几种织物多项指标的测试及线性回归分析，阐明了织物弯曲长度 与厚度是影响织物悬垂系数的决定因素，织物弯益长度、厚度等与织物悬垂性可以用 线性方程表达。刘晓艳”“采用自制的悬垂装置和独特的测试方法测试和分析了单独改 变同一织物质量指标对悬垂性能的影响，得出了织物质量对悬垂性能的影响规律。李 湘露“采用多元回归分析的方法，研究了仿真织物的悬垂性与减量率、减量前织物的 经纬密度及抗弯长度之问的关系，得出回归方程，并据此进行仿真织物的减量后悬垂 性的预测，其研究结果表明，悬垂系数与减量率、织物经密存在显著负相关，而与织 物刚柔性、纬密存在显著正相关。 织物结构参数“1 一般集中在织物经纬密度、平方米重、厚度等；对不同织物之间 悬垂性能的分析一般集中在丝织物、棉织物、大豆蛋白纤维织物、麻织物、毛织物、 化纤织物等等。 1 1 3 织物悬垂性能评价体系的建立 一1 织物悬垂性能分析及评价体系的建立 成功的评价体系是建立在科学的评价指标基础上的，所以评价指标的选取显得尤 为重要。在国内，周坚明”“、陈黎曦”、黄文瑛1 、徐军”“m 、余序芬 。= j 。”。、郭永平”。i ”、郭宇鹏。”1 等人对织物悬垂性能也都进行了人量地研究。 他们在各自的研究过程中都总结了些相应评价指标。 黄文瑛研究了丝织物的形态风格，提出织物的形态风格主要是通过其悬垂性能的 好坏加以体现的，悬垂系数并不能全面的评价织物的悬垂性能。她综合国产y g 8 l l 悬垂度测试仪测试方法和l f g 一2 1 型织物动态悬垂仪测定法以及莫尔法悬垂性测试方 法，提出表征悬垂性的如下指标：悬垂系数f 、悬垂【马条数h 、平均悬垂角曰、悬垂 方向不对称度、平均悬垂半径r 。她还研究了弯曲性能( 弯曲滑出长度，、弯曲刚度b 、 抗弯弹性模量g ) 、剪切性能( 剪切刚度g 、剪切滞后矩2 h g 、剪切滞后矩2 g 5 、拉 伸性能f 断裂功月、拉伸模量、定伸长负荷f ) 、织物结构( 平方米重量阿、厚度r 1 与 悬垂性能之间的相关性，并利用灰色关联分析方法对丝织物的悬垂性进行了分析与聚 类。 周坚明主要从织物本身的物理力学性能出发，研究了动态悬垂以及悬垂美观性问 题。 余序芬在计算机对织物悬垂轮廓的提取以及在这之前出现的评价指标的比较方 面进行了研究。她对已经出现的关于织物悬垂性能的指标进行了分类，在她的分类中， 用来描述悬垂程度的指标有：e r k a s w e l l 悬垂系数疋、h a m t u r g e r 悬垂系数氏、通 用悬垂系数气，、乎均悬垂半径r 。、平均悬垂角以，；用来描述悬垂形态的指标有：波 长不匀系数b 。、波高不匀系数6 。、波宽不匀系数6 。、以及美感系数爿。需要指出的 是这里的美感系数是陈黎曦修正c u s i c k 的公式得来的。在她的研究中定义了一个新 的美感系数。 徐军在悬垂仪的研制方面做了大量研究，深入讨论了织物悬垂支撑平台与所测织 物试样尺寸之间的关系；支撑平台旋转速度与动态悬垂测试准确性之间的关系。 郭永平用自制的伞式悬垂仪研究了织物的动态以及静态悬垂性，提出了对织物悬 垂性能进行描述的7 个指标：悬垂系数f 、各瓣的平均张开角风。、各瓣悬垂的平均 深度。、各瓣纵向尺寸平均程度c 一以及各瓣宽度方向的均匀程度c 、各瓣在圆 第l 章关于织物悬垂性能研究的历史回顾、现状以及发展 周| j 分布的均匀程度c 比、瓣数n 。同时他处指出悬难糸数随转速的、r 万近似成e 的 指数规律变化 f = e 6 矿+ cf 1 6 ) f ：悬垂系数，国：旋转角速度。 郭永平通过运用模糊聚类和神经网络模型分析得到卜面的结论：悬垂系数f 和悬 垂平均深度角卢一。之间满足很好的线性关系，他们与转速的平方满足指数规律的变 化；而且悬垂系数在转速k a i 阶段和下降阶段有着明显的滞后性，滞后面积的大小与 织物的剪切滞后h g 5 、剪切模量g 以及平均摩擦系数m i u 有关。各瓣的平均张开角 。随转速的变化基本上成线性规律变化；各瓣纵向尺寸均匀稃度c 以及各瓣宽度 方向的均匀程度c v o ，各瓣在圆周上分布的均匀程度c e 随转速的变化呈现明显波 动。瓣数n 在整个转速变化过程中基本保持不变。他通过利用步进电机带动织物旋转， 在旋转过程中计算机进行动态采样对悬垂性加以研究。在这里需要一提的是郭永平研 制的织物悬垂测量仪，摒弃了原来利用光电原理( 也就是利用织物悬垂后对光源发出 的平行光的遮挡，用相应的传感器来感应不被遮挡的光线的多少来评价织物悬垂性 能) 测试织物悬垂系数的方法。 郭宇鹏认为评价织物悬垂性能的指标应该是：悬垂系数f 、平均悬垂半径r 、平 均长半径i 一、平均短半径页悬垂不对称度u 、k s 7 6 q a c v , ，、波高不匀率b 。、 波长不匀率曰。、波幅宽不匀率曰。、总不匀率e 、美感系数彳。、垂度口，共1 2 个指 标。其还对利用动态闽值法提取花色织物悬垂轮廓进行了研究；同时利用k e s f 系 统测试织物的力学指标，并利用这些指标预测织物的悬垂系数和悬垂形态。用正弦函 数模型 r = a + b s i n ( n 0 1 ( 1 - 7 ) h ：1 3 2 8 5 6 7 3 v b w + o 3 6 8 b w - 0 0 1 2 0 w + o 0 0 2 2 h g w d ：3 7 4 0 7 + 2 7 0 9 4 曰矿一1 4 3 8 驯f 矿+ 5 3 2 5 v g w b ：3 0 7 7 1 2 0 6 3 n 一1 0 7 1 g o m 2 日o w 模拟织物的悬垂轮廓，其中，r ：悬垂半径( m m ) ，”：凸条数，a 、b ：常数。 织物悬垂性能分析及评价体系的建立 我们发现上面提到的所有关于织物悬垂性能评价的指标都是从纯儿伺的角度提 m 来的，省去了对织物的力学性能( 诸如弯曲刚度、剪切刚度等等，或者是k e s 1 7 系统的1 6 个力学指标) 与悬垂性之间关系的分析，取代了仅仅通过悬垂系数对织物 悬垂性进行评价的局限性。 1 2 织物悬垂测试仪器的研发和进展 1 2 1 y g 8 1 1 织物悬垂测试仪 y g 8 1 织物悬垂测试仪”是由温州大荣纺织仪器厂研制成功，工作原理见图卜3 。 “、二7 雹 ，s j 抛物面反射镜 6 光电管 l 织物试样 2 织物支撑台 ，光源 3 抛钧面压射镜 图1 - 3y g 8 1 1 织物悬垂测试仪 其测试原理是：织物试样1 放在织物支撑台2 上，不同的织物其下垂的程度会有 所不同，则对光的遮挡能力也会有所区别，织物下垂程度大，被遮挡的光线就少；织 物下垂程度小，被遮挡的光线就多。未被遮挡的光线被抛物面反射镜4 反射，装在抛 物面反射镜4 焦点位置的光电管6 把反射聚焦光线转换成强弱不同的电流。该仪器假 定织物为不透光体，但实际上，织物由于材料、内部结构、加工工艺的不同，都会或 多或少的透光，有的织物透光性非常强，比如轻薄的麻织物等，所以这就造成了一定 的测试误差。 表1f 。和f 2 数据对比表 试样f 1 ( )f ：( )f ，一r ( ) 贾卡提花 3 1 03 8 77 7 涤乔其4 6 8 4 9 22 4 洋纺3 1 23 4 12 9 电力纺3 323 5 52 3 文献【5 2 1 选用了贾卡提华、涤乔其、洋纺、电力纺四种透光性较大的织物进行了测 第l 章关于织物悬垂性能研究的j 力史回顾、现状以及发展 试，得到悬垂系数巧，并将其投影图描绘到不透光的硬纸板上，测出该投影的悬垂系 数为e ，见表1 ，只和e 之间存在差异。 1 2 2 z y i 。1 型织物悬垂性测试仪 该悬垂性测试仪见图1 + 4 ，测试原理”为：c c d 图象传感器在 l z j 一光正f 方，试 样自然悬垂在光源和图象传感器之间，当旋转平台带动试样平稳转动时，图象传感器 不断采集试样的投影图象，位于旋转平台卜方的光电位置传感器检测出试样旋转 周 的信号。试样旋转】周的灰度投影图象，经计算机图象分割处理，判出投影边界，得 到试样转动一周的半径，变化曲线，见图卜5 。 图1 4z y f 一1 织物悬垂测试仪架构示意图图1 - 5z y f 一1 悬垂测试仪测试原理示意图 陔悬垂测试仪可以提供的评价结果有：静、动态悬垂系数，波纹数，动态活泼率， 美感系数，硬挺度系数以及与投影形状和对称度有关的指标：织物最大r 。、最小岛、 平均投影半径月。、平均波峰高日、波峰高的变异系数c 附、平均波谷高m 及波谷 高的变异系数c v h l 、平均波峰宽b 及波峰宽的变异系数c v b 、平均波峰间夹角a 及 夹角的变异系数c v a 。作者在后面的章节会证明：这里提供的指标有一些对于悬垂评 价没有什么大的意义，并没有抓住悬垂评价的实质，许多指标只能作为参考。 1 2 3 数码织物动态悬垂风格仪 龠i 蓠雾 图1 - 6 数码织物动态悬垂风格仪图1 7d m 0 2 悬垂分析仪改装示意图 数码织物动态悬垂风格仪是由山东纺织科学研究院、东华大学、山东省纺织设汁 7 织物悬垂性能分析及评价体系的建立 院芡同研制的新型织物悬垂测试仪器。 该仪器基于计算机，采用数码相机采集织物悬垂投影，利用图像分析技术处理数 码照片，得到所需的轮廓线，然后进行分析。织物悬垂投影可以测试织物动态悬垂性 能，仪器架构见图1 - 6 。该动态悬垂风格测试仪可以提供的评价结果有：静、动态悬 垂系数，波纹数，活泼率，美感系数，硬挺度系数。 1 2 4d m 0 2 悬垂分析仪 该悬垂分析仪“”由韩国汉城的d & m t e c h n o l o g y 公司研制，见图卜7 ，其是在传 统的悬垂测试仪上加以改装用数码相机或者扫描仪提取织物悬垂投影的_ 维图像，然 后利用其软件系统进行悬垂分析，得到相应的数据：悬垂系数、波纹数目、波高、波 长、最大波高、最小波高、平均波高、波高变异系数、富力叶变换拟合系数。还可以 利用系统提供的三维模拟器把二维悬垂图像转换成三维悬垂形状的立体图像，其转换 原理见图1 8 。作者认为该系统要比山东纺织科学研究院研制的数码织物动态悬垂风 格仪更为精密，测试结果更为准确。 1 2 5 梭织物静态动态垂挺度自动测试模块 台北科技大学梭织物静态动态垂挺度自动测试模块设计”的研究，模块架构如图 1 9 。其软件系统s d d a m s 对悬垂投影作影像与数学分析处理，获得试样的瞬时悬垂 度，经统计处理而得到试样的静态或动态的垂挺度，然后运用m a t h m a t i c a 数学软件 制作织物动态垂挺度的数学模型。运用e x c e l2 0 0 0 中的变异数分析技术，评估织物动 态垂挺度数学模型的合理性。 图1 8 二维到三维转换的原理示意图图1 9 织物垂挺度测试样本台结构 通过该装置，测出织物旋转速度、织物平方米重和悬垂系数之间的关系，见图l i o 8 第1 章关于织物悬垂性能研究的扔史回顾、现状以及发展 图1 1 0 织物旋转速度、平方米重与悬垂系数关系图 1 26 小结 织物悬垂性测试仪器，到目前为l i ，经历了两个阶段的发展。从其测试的内容和 标准来看，已经从单一的悬垂系数的测试过渡到了悬垂系数和悬垂外观的总体测试阶 段：从仪器的研制和构造来看，从原来的以光学原理为主的测试原理进步到了以数字 图片计算机图像处理技术为主线的仪器架构时代。 1 3 织物静动态悬垂的三维仿真和模拟 织物作为一种柔性体，它在力的作用下产：生的形变或者运动与刚性体是完全不同 的，所蹦用在刚性体上的模拟技术不能完全移植到织物上来。所以对于织物的形变和 运动模拟其关键是相应模型的建立，在建立悬垂模型上现在主要有两种观点”：其一 认为织物是连续弹性介质，用弹性力学的壳( 柔性壳) 模型、薄膜模型、薄板模型、 悬臂梁模型近似织物的力学性质，采用能量法、有限元法建立织物的力学模型；另一 种观点则认为织物是由相互作用的非连续的粒子组成，在此基础上结合能量法建立平 衡方程。作者比较认同第二种观点，因为织物一般为编制而成，经纱和经纱之问、纬 纱和纬纱之间就存在大小不一的空隙，造成各个部分的运动没有严格的约束，这一点 完伞区别于刚性体。 文献“”采用半刚性样条结构，将经线和纬线方向的约束分开处理实时模拟织物的 运动。其模拟系统的主要结构为： w h i l e ( t ) 任意时刻t ： 计算每个节点受到的外力工一删( 在我们的系统中，主要是风力) ： 根据经线方向约束和所受外力，计算节点位置、速度和加速度； 根据纬线方向约柬，计算并调整节点位置、速度： 碰撞检测，并对碰撞点进行调整； 绘制并显示f 时刻的图象( 必要的话，在绘制前先插值将网格平滑) ； r = t + a t ： 对于织物和服装的三维悬垂模拟，n t c ( n a t i o n a lt e x t i l ec e n t e r ) ”成立了专门的项 目细进行攻关。其同的是能够在人体数字化三维模型上面成功地进行虚拟三维服装精 织物悬垂性能分析及评价体系的建立 确模拟，其具体过程见图l _ 15 和l 一1 6 图1 1 5n t c 织物和服装的三维悬垂模拟实施步骤 图1 1 6n t c 织物和服装的三维悬垂模拟实施步骤 在国际图形学界，柔性纺织材料( 织物) 的造型与仿真课题一直被受关注， s i g g r a p h 与i e e ec o m p u t e rg r a p h i c sa n da p p l i c a t i o n s 多次召开专门的小组讨论会对 该课题进行研讨“。三维服装造型与效果仿真则是该课题的延伸，其中一个很重要问 题就是悬垂的处理，可以说没有成功的悬垂外观性态的模拟，就没有三维服装造型。 文献”o 。认为科学家和研究人员做了大量的实验和研究，获得了织物在外力作用下 形变的精确物理参数，并试图开发了一些模型描述这些形变，但由于织物的内在特性， 这些模型并未得到广泛应用。主要的困难在于5 0 3 ：1 织物本身的物理机械性能是非常 复杂的。其材料的多样性、结构的复杂性、形状的不规则性、以及个性化产品所产生 的密度分布不均匀性等，都给织物的动态模拟带来很大的困难；2 虽然大量的实验给 出了精确的织物形变参数，但不同方向，不同性质的力涉及不同的形变规则，如何对 这些参数进行总结分类，采用一简化模型概括所有的形变规则，是一个难点。现有的 模型大都比较复杂，即便是在高性能的工作站上，计算一帧图象也需要数秒乃至数天 1 n 兰! 里差王堡塑墨兰堡堂笪塞堕堕塞旦壁：望鉴坠丝垄垦 时问，这显然无法满足实时绘制的需要；3 碰撞检测是动画中的经典问题。在织物模 拟中，织物一般表示为一张网格曲f 酊，由丁l 它是一个柔性体曲面的不同部分具有不 同的运动，彼此没有严格的约束，因此除了检测织物与周围物体的相交外，还必须检 测织物不同部分之间的相交，即自碰撞问题。碰撞检测和自碰撞检测必须进行大量的 几何运算，成为系统的瓶颈之一。 织物悬垂眭能分析发评价体系的建立 第2 章 织物静态悬垂基本性能分析及评价指标描述 织物静态悬垂性能是织物悬垂性能研究的基础和出发点，没有织物静态悬垂性能的深 入研究以及正确结论的得出，动态悬垂的研究就会失去方向和根基。关于织物静态悬垂性 能的理解无外乎下面几个方面的内容： ( 1 ) 什么是织物静态悬垂。 ( 2 ) 织物静态悬垂性能与织物结构以及组成成分物理性质的关系。 ( 3 ) 织物静态悬垂具有的力学和几何学性质。 ( 4 ) 织物静态悬垂的评价角度、评价指标、评价体系的研究。 在本章，作者更多的侧重于第4 方面的研究。关于织物静态悬垂评价指标的选取以及 相应体系的建立，是织物静态悬垂研究的不可或缺的重要方面。本章试图对织物静态悬垂 性能做出客观、合理、科学、可靠的分析，在此基础上形成套行之有效的评价系统。 2 1 织物静态悬垂性能评价的角度和出发点 2 11 织物静态悬垂性能评价的角度和出发点 对于织物静态悬垂性能评价，作者仍然基于伞式悬垂法所能得到的相关图像信息。 在关于织物悬垂性能的研究中，人们认识到了悬垂程度和悬垂外观形态在悬垂性能评 价上的不同，已经自觉地从这两个方面入手进行研究。悬垂程度主要是指织物在悬垂稳定 之后其曲面下垂程度的大小，用d ，表示；而悬垂形态主要是指悬垂曲面的三维外观形态， 用d 1 表示；用d 表示织物综合悬垂性能，则有： d = 池，b ) ( 2 一1 ) 悬垂程度的大小又和悬垂形态有着千丝万缕的联系，一般情况下，悬垂程度大的织物 其悬垂外观出现的波峰数目往往较大；反过来，悬垂外观出现较大数目波峰的织物其悬垂 程度也往往较大。所以说，在进行织物悬垂性能研究的过程中，应该把二者作为有机的整 体结合起来，但也应该认识到二者仍然是不同的评价指标。 经过对大量评价指标的分析，作者简单的对此进行了分类，评价悬垂程度的指标有： 悬垂系数f 、悬垂半径面；评价悬垂形态的指标有：波峰数目 。、悬垂形态比p 、波峰 半径极差、波峰半径方差、波峰半径离散系数c g o 、波峰分布角方差最、波峰分 一i ? 一 第2 章织物静态悬垂基本性能分析及评价指标描述 布角离散系数c 吃、波谷半径极差系数p r 、波谷半径方差s 。、波谷半径离散系数c 、 波谷分布角方差、波谷分布角离散系数c 、波宽方差s 。、波宽离散系数c 、波宽 极差系数p p 波峰张开角方差，、波符张开角方差s 、波峰张开角离散系数c 、波 谷张开角离散系数c 。；还有其它一些辅助性的指标：波峰半径均值置、波谷半径均值 五，、波峰半径最大值r 。、波峰半径最小值r 。波谷半径最大值r 。、波谷半径最小 值r 。、波峰分布角均值a 、波谷分布角均值p 、最大波宽。、最小波宽w 。，波宽均 值w 、波峰张开角均值、波谷张开角均值妒。 作者以为，对悬垂外观好坏的评价具体到织物应该从以下几个方面入手进行综合考 虑： ( 1 ) 悬垂各波峰( 波谷) 之间夹角的大小以及分布是否均匀。 ( 2 ) 悬垂各波宽大小，以及分布是否均匀。 ( 3 ) 悬垂各波峰( 波谷) 半径的大小分布是否均匀。 2 1 2 织物悬垂美感和悬垂外观形态 在许多文献中提到悬垂美感，并指出悬垂美感是悬垂织物能形成优美的曲面造型，给 人以视觉上的美感。悬垂外观形态的定义是织物在悬垂稳定后所形成的三维外观。二者所 要表述的内容是相同的，都是对织物悬垂三维外观均匀性的好坏给以量化，织物悬垂三维 外观均匀性的好坏是非常客观的概念，但其是否具有美感，不同的人会做出不同的判断， 这就不可避免的掺入了主观成分，所以作者认为悬垂外观形态在织物悬垂的描述上更为客 观合理，在后面的章节中对于悬垂相应地描述，作者使用悬垂外观形态这一概念。 2 2 织物静态悬垂性能特性分析 织物静态悬垂性能非常复杂，从宏观上讲，织物静态悬垂性能具有变异性和保持性。 2 2 1 变异性 变异性主要是织物静态悬垂外观形态的变异性。作者认为，织物悬垂外观形态之所以 具有变异性，主要归于悬垂波峰的变化，这种变化有两方面的含义：其一为波峰数目的变 化；其二为波峰出现位置的变化，这两种情况的出现势必引起悬垂外观的变化，见图2 - j ， 织物悬垂性能分析及评价体系的建立 图2 2 。图2 一l 为相同纵物但不同波峰数目的悬垂外观形态图，从中可以发现，同织物不 同波峰数目的悬垂外观之问的差异是非常显著的，波峰数目对外观的影响要远远大于波峰 出现位置变化对其的影响。在未知的前提下，很难从图21 做出是同种织物悬垂外观的判 断，这也浇明波峰数目由于其变异性不能用来评价织物的悬垂性能。图2 2 为相同织物且 波峰数目也相同的悬垂外观形态图，从中可以发现，由于波峰出现位置的变化仍然导致了 外观上的巨大差异。 ( a ) h e = 5( b ) n 。= 6( c ) n o = 7 图2 1 相同织物不同波峰数目的悬垂外观形态图 定义第f j f - i j 外观形态为( f - 1 , 2 ，3 ，n ) ，第i 次波峰数目丑( f - 1 , 2 ，3 ， ) ，五：数目波峰 出现位置情况p ，则有： 丑o i 紫，州 ， 一_ 2 ) p & j o = 1 ，2 ，珥，= 1 ，2 ，一，”) 卜7 k z - 纠 所以，可以认为织物综合悬垂性能还应该满足下式 d = j f ，a ，p ) ( 2 - 3 ) ( a ) n 。= 6 ( b ) n c = 6( c ) 1 3 c = 6 图2 - 2 相同织物相同波峰数目的悬垂外观影态图 选择l o 种织物试样，每种织物5 0 次悬垂测试，记录其悬垂波峰数目，得表21 。同 织物悬垂波峰数目接近于正态分布，其中以一种波峰数目出现次数居多且居多优势较明 一1 4 第2 章织物静态悬垂基本性能分析及评价指标描述 显，作者把这个波峰数目称为最佳波峰数目。图23 到图2 - 6 是以波峰出现数目为横轴 每种数目波峰出现次数为纵轴所作示意图。如图23 ，7 为该织物最佳波峰数日。一般， 较厚重硬挺的织物的最佳波峰数目为5 - 6 ；较轻薄柔软的织物的频度为89 。 表2 15 0 次织物悬垂测试波峰数目的统计 试样 波峰出现情犹最佳波峰情况 变异 试验 虽佳波现 系数 编号 数目次数数日次数数目次数数目次数数日次数 次数 峰数目次数 ( ) l5 o 61 673 282905 073 2 4 1 9 25o6l72 882 l9o5 072 83 7 8 ：5o61 372 8899o5 072 86 2 7 45l 63 671 28l905 063 64 3 5 55 36 1 472 6879o5 072 68 5 1 65462 271 7879o5 062 21 0 5 3 75o 6372 782 09o5 072 74 6 9 8 5 06 o73 l81 99o5 073 13 1 9 95o6 l72 l82 7915 082 74 3 2 l o506 o71 283 8905 ( )83 82 3 5 哮妄 | 图2 3 波峰数目分布示意图1 图2 - 4 波峰数目分布示意图2 j u 2 5 2 0 一弋 1 5 1 0 5 ， u一 5678 9 图2 - 5 波峰数目分布示意图3 图2 - 6 波峰数目分布示意图4 织物的每一种外观形态都是织物悬垂的一种平衡状态，织物悬垂外观形态的变异性也 嚣册坫m 0 0 织物悬垂性能分析技评价体系的建奇 说明织物可以有多个平衡状态。织物与一般的高分子材料还有所不同，可以把织物理解成 高分子材料经纬向交织得来的混合物，所以它具有一般高分子材料所具有的特