（纺织工程专业论文）针织增强结构适型性能的研究.pdf

针织增强结构适型性能的研究衷田妹硕士论文 针织增强结构适型性能的研究 摘要 本论文主要探讨了用于复合材料增强的针织结构的适型性能。在纺织 结构增强复合材料加工过程中，为了降低生产成本，将织物直接适应曲面 而变形成复合材料所需的形状，这对织物的变形能力有很高的要求，传统 的机织物由于通过剪切变形来适型，因此适型性能很有限，而针织物由于 线圈结构的特点，具有很好的拉伸变形和适型能力。基于针织物的适型性 在复合材料加工中的重要性，本论文通过试验研究了各种针织物的拉伸变 形特点和在复杂曲面的适型性能。 论文首先选取了纬编、经编和双轴向三种类型的玻璃纤维针织物用于 适型性分析。文中详细介绍了纬编玻璃纤维针织物在s t o l lc m s 3 0 3 t c 电脑横机上的编织过程和编织参数的选取，分析了各种织物的结构特点， 并测定了它们的结构参数，为适型性的分析做好试样准备。 针对针织物通过各向拉伸变形来适型的特点，论文接着对三种类型的 针织物进行顶破试验，通过分析初始阶段的顶破曲线，来探讨针织物的变 形性和适型性能。顶破试验表明：在一定顶伸力对应下的顶伸长度，纬编 针织物顶伸长度比经编针织物的大，经编织物的顶伸长度又比双轴向织物 的大。纬编结构中，1x1 罗纹的变形性最好；经编结构中，三梳间隔织 物的变形性最好；在双轴向结构中，纬编双轴向结构比经编双轴向结构的 变形性好。 针织增强结构适型性能的研究 摘要 在顶破试验的基础上，论文接下来对三种类型的针织物的适型性进行 了比较系统的分析和讨论。通过采用先将织物划分成许多相同大小的网 格，然后再分析适型后网格的变化的方法，研究了针织物试样在不同尺寸 的圆柱体面、立方体面和半球面的适型性能，对比分析了各种针织物的适 型高度和裁减轮廓线，并计算了织物在半球面适型后单元格面积变化趋势 和单元格纤维体积比变化趋势。分析结果表明：纬编针织物可以在任何曲 面顺利适型；经编织物可以轻易地在半球面上适型，也可以在圆柱体表面 上适型，但是在底面边长小的立方体曲面适型比较困难，适型高度很小； 双轴向织物根本无法在立方体表面上适型。结果还表明纬编针织物和经编 针织物在适型后的轮廓线形状有较大的差异，同种类型但结构不同的织物 适型后轮廓线也并非完全一样。 为了展示利用针织结构适型性好的特点来加工三维形状的复合材料， 论文最后采用r t m 加工技术，选择在电脑横机上编织的满针罗纹针织物， 直接通过平面针织物的变形来加工三维形状的小型船模，并分析了针织物 在船模中的铺覆方法以及整个复合材料船模的加工过程。 本论文的研究结果对于促进针织结构在复合材料中的应用具有一定 的实际意义。 关键词：针织结构，适型性，复合材料，织物变形，r t m 东华大学纺织学院 针织增强结构适型性能的研究衷田妹硕士论文 as t u d yo nf o r m a b i l i t yo f k n i t t e d r e i n f o r c i n gs t r u c t u r e s a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l yi n v e s t i g a t e dt h ef o r m a b i l i t yo fk n i t t e ds t r u c t u r e su s e d f o rc o m p o s i t er e i n f o r c e m e n t d u r i n ga d v a n c e dc o m p o s i t e s m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s ，i n o r d e rt or e d u c et h e p r o d u c t i o nc o s t ，2 df a b r i c sn e e dt ob e d e f o r m e dd i r e c t l yo i lc o m p l e xs u r f a c e s ，w h i c hr e q u e s t sh i g hd e f o r m a b i l i t yo f f a b r i c s w h i l et h et r a d i t i o n a lw o v e nf a b r i c sh a v el i m i t e df o r m a b i l i t yd u et o t h e i rs h e a rd e f o r m a t i o n ，t h ek n i t t e df a b r i c sh a v ee x c e l l e n tf o r m a b i l i t yd u et o t h e i rp a r t i c u l a rl o o ps t r u c t u r e sw h i c hc a nb ee a s i l yd e f o r m e d d u et ot h e i m p o r t a n c eo ft h ef o r m a b i l i t yi nc o m p o s i t e sm a n u f a c t u r i n g ，t h es t r e t c h i n g d e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n df o r m a b i l i t yo nc o m p l e xs u r f a c e sf o rd i f f e r e n t k n i t t e ds t r u c t u r e sw e r ee x p e r i m e n t a l l yi n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r t h r e et y p e so fg l a s sf i b e rk n i t t e df a b r i c s ，i e ，w e f tk n i t t e d ，w a r pk n i t t e d ， b i a x i a lf a b r i c s ，w e r ef i r s t l yc h o s e nf o rt h ef o r m a b i l i t ys t u d y t h ek n i t t i n g p r o c e s sa n dd e t e r m i n a t i o no fk n i t t i n gp a r a m e t e r sf o rt h ep r o d u c t i o no ft h e w e f tk n i t t e df a b r i c so ns t o l lc m s 3 0 3 t ce l e c t r o n i cf l a t k n i t t i n gm a c h i n e w e r ed i s c u s s e di nd e t a i l t h es t r u c t u r a lf e a t u r e sa n dp a r a m e t e rm e a s u r e m e n t o fe a c hf a b r i cw a sa l s op r e s e n t e d f r o mt h a t ，t h ek n i t t e df a b r i cs a m p l e sw e r e r e a d yf o rt h ef o r m a b i l i t ya n a l y s i s b e c a u s et h ef o r m a b i l i t yi sa c h i e v e db ym u l t i a x i a ls t r e t c h i n gd e f o r m a t i o n 东华大学纺织学院 针织增强结构适型性能的研究衷田妹硕士论文 o ft h ek n i t t e df a b r i c s ，t h eb u r s t i n gt e s t sw e r et h e nc a r r i e do u t t h e d e f o r m a b i l i t yo fe a c hk n i t t e df a b r i ca n di t sr e l a t i o n sw i t hf o r m a b i l i t yw e r e i n v e s t i g a t e db ya n a l y z i n gt h eb u r s t i n gc u r v ea tt h ei n i t i a ls t a g e t h et e s t i n g r e s u l t ss h o wt h a ta tag i v e nb u r s t i n gl o a d ，t h es t r e t c h i n gl e n g t h so ft h ew e f t k n i t t e df a b r i c sa r eb i g g e rt h a nt h o s eo ft h ew a r pk n i t t e df a b r i c s ，a n dt h e s t r e t c h i n gl e n g t h so ft h ew a r pk n i t t e df a b r i c sa r eb i g g e rt h a nt h o s eo ft h e b i a x i a lk n i t t e df a b r i c s t h er e s u l t sa l s os h o wt h a tt h ed e f o r m a b i l i t yo f1 1r i b i sb e s ta m o n ga l lt h ew e f tk n i t t e ds t r u c t u r e sa n dt h a to ft h es p a c ew a r pk n i t t e d i sb e s ta m o n ga l lt h ew a r pk n i t t e ds t r u c t u r e s ，a n dt h ew e f tb i a x i a lk n i t t e d f a b r i ch a sb e t t e rd e f o r m a b i l i t yt h a nt h ew a r pb i a x i a lk n i t t e df a b r i c b a s e do nt h eb u r s t i n gt e s t s ，t h ef o r m a b i l i t yo fa l lt h r e ek i n d so ft h e k n i t t e df a b r i c sw e r es y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e da n dd i s c u s s e d b yu s i n gt h e m e t h o dd e v e l o p e d ，t h ef o r m a b i l i t yo ft h ek n i t t e df a b r i cw i t hd i f f e r e n t s t r u c t u r e sa n dl o o pl e n g t h so nt h es u r f a c e so ft h eh e m i s p h e r e s ，c y l i n d e r sa n d c u b e sw i t l ld i f f e r e n td i m e n s i o n sw e r ee x p e r i m e n t a l l yi n v e s t i g a t e di nd e t a i l t h em e t h o du s e di sf i r s t l ys p l i t t i n gp l a n a rk n i t t e df a b r i c si n t os m a l lg n d sb y d r a w i n gl i n e s ，a n dt h e na n a l y z i n gt h ev a r i a t i o no fe a c hg r i d t h ec o n f o r m a b l e h e i g h t so nc y l i n d e r sa n dc u b e sa n do u t l i n e sa f t e rt h ef a b r i c sw e r ed e f o r m e d t o a d a p t e dd i f f e r e n ts u r f a c e sw e r eg i v e na n dc o m p a r e d t h ev a r i a t i o n so ft h e a r e a sb e f o r ea n da f t e rd e f o r m a t i o na sw e l la st h ef i b e rv o l u m ef r a c t i o n c h a n g i n gt r e n d sw e r ea n a l y z e d t h ea n a l y z i n gr e s u l t ss h o wt h a tt h ew e f t k n i t t e df a b r i c sc a ne a s i l yb ed e f o r m e dt oa d a p tt h eh e m i s p h e r i c a l ，c y l i n d r i c a l 东华大学纺织学院 针织增强结构适型性能的研究衷田妹硕士论文 a n dc u b i cs u r f a c e s t h ew a r pk n i t t e df a b r i c sc a ne a s i l yb ed e f o r m e dt oa d a p t h e m i s p h e r i c a la n dc y l i n d r i c a ls u r f a c e s ，b u tt h e y a r ed i f f i c u l tt ob ed e f o r m e dt o a d a p tt h ec u b i cs u r f a c ew i t hs m a l l e rd i m e n s i o n s i ti sn o tp o s s i b l et od e f o r m t h eb i a x i a lk n i t t e df a b r i c st oa d a p tt h ec u b i cs u r f a c e t h er e s u l t sa l s os h o w t h a tt h eb i gd i f f e r e n c e se x i s tb e t w e e nt h eo u t l i n es h a p e so ft h ew e f tk n i t t e d a n dt h o s eo ft h ew a r pk n i t t e df a b r i c s ，a n dt h a tt h ed i f f e r e n c e sa l s oe x i s t b e t w e e nd i f f e r e n ts t r u c t u r e sf o rt h es a m ek i n do fk n i t t e df a b r i c s i no r d e rt od e m o n s t r a t eu s i n gg o o df o r m a b i l i t yo ft h ek n i t t e df a b r i c st o f a b r i c a t et h ec o m p o s i t e sw i t hc o m p l e xs h a p e ，ar i bf a b r i cp r o d u c e dw i t hg l a s s f i b e ry a m so na ne l e c t r o n i cf l a tk n i t t i n gm a c h i n ew a sc h o s e na n dd i r e c t l y d e f o r m e dt oa d a p tt h es u r f a c eo fab o a t s h a p e dm o u l d t h eb o a tc o m p o s i t e s h e l lw a sm a n u f a c t u r e dt h r o u g hr t mp r o c e s s t h em e t h o do fl a y i n g - u pt h e k n i t t e df a b r i co nt h eb o a ts h a p e dm o u l da n dt h ew h o l em a n u f a c t u r i n gp r o c e s s w e r ea l s op r e s e n t e d t h er e s u l t so ft h i si n v e s t i g a t i o nh a v ep r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ei np r o m o t i n g t h ea p p l i c a t i o no ft h ek n i t t e ds t r u c t u r e sf o rc o m p o s i t er e i n f o r c e m e n t k e y w o r d s ：k n i t t e ds t r u c t u r e s ，f o r m a b i l i t y , c o m p o s i t e s ，f a b r i c - d e f o r m a t i o n ，r t m 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者躲露w 碎 日期：妒7 年月驴 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、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论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容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口。在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 | 不保密讲 学位做储虢静酥 日期：w 矿月驴 指导教师签名： 日期：? 一释t 月j 日 东华大学纺织学院针织增强结构适型性能的研究衷田妹硕士论文 第一章绪论 随着先进复合材料加工工艺的发展，人们对于复合材料结构的完整性和连续性要 求越来越高。在现代纺织复合材料成型加工过程中，如树脂传递模塑技术、模压成型 技术及冲击成型技术的成型过程中，直接采用具有优良成形能力的纺织结构，通过结 构的变形方式加工成所需要的三维壳体构件，不仅可以消除裁剪对纱线连续性的破 坏，保持增强结构的整体性，而且还可以减少加工过程，缩短生产时间，降低生产成 本，满足纺织复合材料低成本化加工的要求。针织结构正是具有这种优良的适型性， 在现代纺织复合材料低成本成型加工技术中显示出它的优越性，而受到人们愈来愈多 的重视。 由于传统的纺织复合材料的增强结构主要是机织和编织，所以目前国内外对这两 种类型的纺织结构的适型性能研究得最多，特别是机织结构【1 4 1 。对于针织物结构的 适型性能研究，尤其是纬编针织物的适型性能研究还很少。由于针织结构比较复杂， 目前国内外对针织物适型性能的研究主要以平面的单向和双向拉伸为主【5 】。因此，为 针织物的适型性研究寻找一种直观、合理的研究方法成为纺织结构复合材料研究中的 重要课题，它对于先进复合材料的加工具有重要意义。 第一节织物适型性与变形方式 1 1 织物适型性的定义 前面我们已经提到了适型性这个概念，下面我们要解释一下什么叫做织物的适型 性。适型性( f o r m a b i l i t y ) ，也叫悬垂性( d r a p a b i l i t y ) 或者可变形性 ( d e f o r m a b i l i t y ) ，是指二维织物在不起拱或起褶的前提下，直接适应三维曲面而变 形的能力。它是三维结构复合材料加工过程中使用的纺织预制件的重要性能。 为什么人们要研究织物的适型性能呢? 对于制作复杂形状的复合材料，预制件一 般可通过以下三种方法应用于模塑成型：( 1 ) 将二维织物裁减成一定的形状以适合三 维形状；( 2 ) 拉伸或深度模压二维织物以适应三维形状；( 3 ) 编织三维织物做预制件。 用第一种方法获得的复合材料质量不高，因为织物不连续，制成的复合材料力学性能 就大打折扣；用第三种方法制作的复合材料质量会很好但是织物的生产效率会比较 低，而且生产成本很高，相比之下第二种方法更有实用价值，它是把整块连续的平面 织物紧贴于模具内，适应模具曲面的变化而不产生褶皱，最后和树脂一起固化成型。 $ 大学铀织学r针缎镕镕构适犁性能白勺目r女目镕硕十女 第二 何。 12 种方法的关键就足看二维织物是古能适应二维曲嘶，也就是要看它的适型性如 不同织物的适型原理 币同织物的变形机理是不同的，也就是说不同的织物结构有小同的适型原理。到 目前为止，主要有两种变形模式存在于织物变形中： ( 1 ) 以机织物为代表的剪切变形 对于织物的剪切变形，最早有人提出织物就像一张互相铰接的网的观点。后来 l i n d b e r ge ta l 研究r 织物的剪切变形现象吼基于对试验的剪切应力应变曲线的 分析，他指出剪切变形分为三个阶段：a ) 没有纱线的滑移的剪切阶段：b ) 带有纱线 滑移的剪切阶段c ) 纱线挤压( j a m m i n g ) 。剪切变形阻力最初是经纬交织点问的摩擦 力，当两纱线系统接近挤压状态时主要是纱线之间的作用力。假设纱线不可拉伸和压 缩，g r o s b e r g 和p a r k 以纱线的力学性能和织物的几何参数分析了平纹机织物的剪切变 形模式忆k a w a b a t ae ta l 使用了一种不同的方法揭示剪切力与剪切变形角之间的关 系峨 机织物和双轴向针织物( 包括双轴阳经编和纬编) 的变形模式都是剪切变形模式。 机织结构的可成形性能主要通过平面内的剪切变形和纱线在空间的弯曲来得到，且由 经纬纱交织点变形角( 称之为剪切变形角) 的大小来决定。如图11 所示，当织物在 适型的过程中，剪切变形角0 超过了织物结构所允许的极限，织物就会起褶。取轴向 织物分为双轴向经编和双轴向纬编织物，它们是由针织线圈捆绑衬经衬纬纱而成，由 于村经衬纬纱在结构中起主导作用，他们的变形方式与机织物类似。由于双轴柚织物 的极限剪切变形角比机织物要大，因而积轴向织物的适犁性一般璺比机织物好如图1 - - 2 ，双轴咖经编织物的两衬纱之间有6 0 。角的活动范围。 曼a g $ $ * # r针织增强镕自性能研咒a m # 十* 女 图l 一2 双轴向经编织物的剪切变形图示 ( 2 ) 纬编织物的拉伸变形 要了解纬编针织物1 ；同于机织物的适型原理，就必须知道纬编织物不同于机织物 的地方，它们最大的不同就是：机织物是由纱线交织而成，纬编针织物是线圈串套而 成。 从细观上来讲，对于针织线幽结构的分析很甲就有，如有研究1 7 , s 嚷明针织物在 松弛状态下的几何形态取决于线圈长度；后来人们对拉仲状态下的线圈形态进行分 析，比较多的是双向拉伸，纬、f 结构的双向拉伸研究表明变形是因为纱线相互转移， 阻力产生在纱线交叉点之间的挤压【9 】：接下来有人提出了几何模型以预测纬平结构在 双向拉仲下的变形1 10 】：也有人在考虑纱线滑移的情况下，利用二维的j 、边形结构来代 表一个单元预测纬平针织物的变形现象和力学性能，此模型用试验的力学数据证明了 试验与模型的一致性u 。但是线圈是三维结构的，不可能用一个二维模型来精确描述， 尽管第三维的一些力学性能，如弯曲刚度可能被忽略。做为一个立体的线圈，线圈内 部存在内应力，我们可以把它看做线圈内部的能量。正因为针织线圈内部要是细分析 起来，非常复杂，人们往往会从宏观上来分析其变形，从试验上来观察其变形特点。 从宏观上分析，对于拉伸变形如图l 一3 ，当纬编织物纵向拉伸时，由于线圈发生 转移，横向会收缩：同理，发生横向拉伸时，其纵向会收缩，由于针织物线圈的帽互 串套，纱线在相邻线圈之间的转移很灵活，使得织物的变形程度可以很大，因此纬编 织物的变形性很好。当纬编织物在形状复杂的曲面上分布时，线罔会通过转移，在曲 率不同的曲面上有不同的分布。如果我们把织物细分成一定的区域，那么线圈在本来 相等的区域有不同分布就能反麻出织物适型分布规律。 * # 0 j 织r 针织镕自t t ”e* 镕侦十女 麓觥揪 横向拉伸纵向拉忡 图1 3 纬编罗纹针织物的拉伸变形 第二节织物适型性研究综述 21 机织物适型性研究方法 对于适型性的研究，机织物开始得早而且比较多，对机织物适型性研究的方法主 要有几何法和力学分析方法。几何法把机织结构简化为一种格子结构或杆铰链结构 口3 ”l ；力学法考虑了材料的力学性能，它将成型过程视为一个逐渐变化的过程，一 步步地计算成型过程中产品地形状变化发材料陆能的变化，计算量很大，报复杂， 通常用自限元泣进行分析m “”。 211 几何分析法 几何法绝大多数以运动学模型为基础，着重于初始形态和最终形态的几何学方向 的描述，小考虑成型过程中的中间状忐及材料的力学性能，需要的信息乜括材料的规 格、纤维的几何状态( 即初始收向) 及校具的儿何形状，计算量小，可咀通过分析或 数值方法进行精确求解5 。 例如，rer o b e r t s o n 2 】用渔网铺攫法分析在四面体金宁塔形表面织物的分布。 他把织物看成山若丁四个铰接点和叫条边组成的四边彤唯元组成，分步骤让这监叫边 形在金宁塔表面延仲，如图l 一4 所示是一个四边形单元。 。八， 圈1 4u v 啦标系统里的媳犁巾兀 假设四个血是对称的h 要研究其个血上的适型工= 上程，定点坐标设为( 0 ，0 东华大学纺织学院针织增强结构适型性能的研究衷田妹硕士论文 左边缘线上的节点坐标设为( m ，0 ) ，右边缘线上的节点坐标设为( 0 ，r 1 ) ，如图1 5 ( a ) 所 示。 众余a ( a )( b )( c )( d ) 图1 - - 5 节点在各个面上的分布 不在边缘上的节点从( 1 ，1 ) 开始，它与节点( 1 ，0 ) 和( 0 ，1 ) 相连接，以此类推节点 ( m ，n ) 由前面的节点( m - l ，n ) 和( m ，n 一1 ) 生成。所有这些在同一平面上的节点都可以在 一个非正交的u v 坐标系统里描述。点( 1 ，1 ) 距( 1 ，0 ) 和( 0 ，1 ) 的距离都是a ，而它们 都是从( 0 ，0 ) 出发的，点( 1 ，1 ) 恰好是u v 平面的以( 1 ，0 ) 和( 0 ，1 ) 为圆心，a 为半径的两 个圆的交点，由此可知( m ，n ) 在以( m _ l ，n 一1 ) 为起点并通过( m - 1 ，n ) 和( i n ，n - 1 ) 的中点的 直线上，且两倍于( 旷l ，n 一1 ) 到( m _ 1 ，n ) 和( m ，n 一1 ) 的中点之间的距离( 如图1 - - 4 ) ，用 公式表示如下： u m ，丹= u 肌一i ，开+ “胁， 一1 一u 坍一1 ，一一1 ，一2v m 一1 ，刀+ ，历，刀一1 一v m 一1 ，一一1 2 1 2 有限元法 有限元法( f e m ) 是一种将连续体离散化为有限个网格单元，通过单个单元的分 析和所有单元的组合以求解力学问题的最佳方法，以计算机和矩阵运算为工具【1 5 】。 例如，在s f c h e n 1 3 】的有限元分析方法中，平面机织物沿着经、纬向被网格线分 成许多有限体积元，织物的面外弯曲和面内膜应变能量就通过把所有体积元的贡献相 加，织物的平衡方程利用能量守衡法则推导，然后利用n e w t o n r a p h s o n 方法解出方程。 此项研究提出了一种运算法则来处理织物在刚体表面接触过程，然后对织物在半球面 上的适型过程进行数值模拟，得出的结果与试验相符。图1 6 所示为模拟出来的图像。 5 m 4 * r ”m 强目杓日口r e r$ 目镕m + 论z 髓l - - 6 羊毛机织物在t 球体表血适犁模拟 22 针织物适型性研究方法 对针织物的适型性研究方法随着织物种类的不同而不同，比如取轴向织物，它 的适型模式主要是剪切，它就可以用类似于分析机织物的方法来分析。例如 h u 。j i n l i a n ”等人用几何铺覆法对多轴向经编织物半球适型性进行建模。下面主要介绍 拉伸变形模式的针织物适型性研究方法。 至今为止，针织物的适型性研究主要有：分析其双向拉伸性能，提出影响织物适 型性的因素；性能测试；建立几何模型分析针织物适型件。 22 1 双向拉伸法 v e r p o e s i 【n 】研究了两种玻璃纤维针织物( 罗纹和罗纹空气层组织) 在自制的双轴 向拉伸仪下的山学表现。此拉仲仪在两垂直方向上的拉仲位移速度可以调节，在不同 的拉伸速率比之f ，织物的线圈纵横密度发生改变，拉伸山可测盈，通过一定的换算， 做出应力应变曲线。此外作者对罗纹结构的变形建立了一个几何模型，预测其小同拉 忡状态下的麻力一应变曲线。 222 性能测试和轮廓线法 s a v c l s c t i s a 9 选择了纬平针、罗纹、畦编、罗纹空气层组织作为针织增强体适 型性的研究对象。分别用c b r ( c a l i f o r n i ab e a r i n gr a t i o ) 测试其弯曲性能，同时也用 了k e s f 织物风格测试仪测量弯曲性能，通过测试织物的物理性能和力学性能，分析 它们与预制件的适型性之间的关系，揭示了不同组织结构的适型性能好坏，并指出使 织物变形的锥头的表面材料和形状极大地影响了预制件的适型性。作者在此基础l 制 作了直升机的一个部件( h e l i c o p t e r d o o r t r a c kp o c k e t ) 的复合材料( 如图1 7 ) ， i i f 究 了用两种轮廓线裁减疗法得出织物在复台材料成型过程中的变形程度，发现不同的轮 9 1 # 学# 织学r 针蚬增镕杓4 t l em 镕女 廓线裁减方法会得到不同的变形程度，在都能适型的条件下，变形程度越小越好因 为这样纤维体积比就会大些；同时，作者分析了小问区域的线刚血积分布，也就足小 同区域的变形程度。 图1 7 针织物面过变形直接加工成直升机复合材料部件 223 几何模型法 tcl i r a 研究了针织物在拉伸成型和深度模压成型结合卜的轴对称成型性能。 首先假设是纯拉仲成型有一个公式；假设是纯模压成型又有一个公式，而人部分的轴 对称成型都币是单纯的一种模式而是两者皆有，冈而要引入一个参数x 以表达拉伸的 程度，再选择合适的参数，建立公式，做变形试骑、处理试骑数据、进行最优化，最 后得出结论：影响片状针织物变形的参数有很多，但最终只归于x 这个参数：针织物 之所以是复合材料变形加工的良好选择主要有二个原因：( 1 ) 弯曲的线圈伸直就可 以避免拉伸时织物囡绷紧而破裂；( 2 ) 针织物增强可以分散应力而避免应力集中和起 拱。 t cl i m 1 接着建立几何结构公式预澳0 针织物复合材料平板弯曲成型晟太高度。 作者用五块芳纶织物与p p 混合做成j 明治形状的平板上做试验，其中两块在横向预 拉仲，其他的在纵向预拉仲，把它们放在定的温度和压力下模压成型，然后可以观 察到织物的特定结构。结果表明拉仲变形的预测要考虑织物的拉伸性和模具外表面， 但其考虑基点还是织物几何结构。 23 研究中目前存在的问题 ( 1 ) 缺少多种针织物的实验： 到f i 前为止，国内外关于针织物适型性研究的文章已有些，但是研究的针织结 构种类很少，主要是经编和纬编的衬绎衬纬织物，个别文章对纬编的平纹和罗纹组织 结构有所涉及；垒于其他变化的针织组织结构和密度变化对针织物适型性能的影响还 没有人研究，冈此这方面的试验还有待深入进行。 东华大学纺织学院针织增强结构适型性能的研究衷田妹硕士论文 ( 2 ) 缺少一种直观的研究方法 由于针织线圈的复杂性，对线圈结构进行建模非常困难，研究针织物适型的方法 主要是在通过试验来研究，因此选择一种直观而又有效的试验方法来分析是非常重要 的，笔者认为本课题的关键是希望解决这样一个问题。 第三节本课题研究意义、内容与方法 3 1 课题研究意义和目的 在复杂形状的复合材料加工中，最常用和重要的方法就是将平面织物在三维曲面 适型，而针织物比机织物等其他织物的适型性要好很多，因此针织物的适型性研究对 复合材料加工技术有非常重要的意义。 对于此类研究，对不同织物实验的分析和方法的提出很重要，而本课题就旨在解 决这两个问题。通过本课题的试验和分析、数据的整理，对比前人所作的研究，发现 问题，并且能给后来研究着提供新的思路。最终为针织增强复合材料的设计、生产和 应用提供理论依据和实验指导。 3 2 课题研究内容 本课题着重研究和分析不同玻璃纤维针织物在不同曲面上的适型效果。本论文的 关键是利用一种方法来观察和评价不同织物的适型性能。由于适型性能的大小暂时还 不能量化，要评价一种织物的适型性能好坏，就必须找出与其对应的可测量指标。围 绕着以上几点，本课题主要进行了以下研究内容： 1 在型号为3 0 3 t c 的s t o l l 电脑横机上编织不同结构和不同密度的玻璃纤维 纬编织物。 2 对不同针织物做圆头项破试验，分析其顶破试验参数与织物适型性能的关系。 3 将自行编织的纬编玻璃纤维针织物和别人提供的经编玻璃纤维针织物在尺寸 不同的圆柱体和立方体表面上铺覆，看能否适型，利用适型高度表征适型性 好坏，并对比项破试验结果，此外要分析其适型后轮廓线。同时，将这些针 织物放在半径不同的半球面上适型，分析其适型后轮廓线，总体面积变化率、 单元格面积变化趋势和纤维体积比变化趋势。 4 选择一种适型性好的纬编针织结构并在电脑横机上编织一块织物，将其直接 适型于船形模具，得出预制件的裁减轮廓线，并通过r t m 工艺加工成复合材 8 东华大学纺织学院 针织增强结构适型性能的研究衷田妹硕士论文 料。 3 3 课题研究方法 本课题提出了一种试验方法分析针织物的适型性。首先通过项破试验反映各种针 织物的可变形性；其次，通过在平面织物上划分细小单元格，将织物在半球面、圆柱 面、立方体面上铺覆，分析适型高度，适型后轮廓线和织物变形后单元格面积变化趋 势。通过观察和比较纬编针织物、经编针织物、双轴向织物在各个面适型后的适型 高度和适型后轮廓线，分析针织物的变形特点和适型性能。 9 m 十 镕织 r 擐增镕自自性* 研r$ 镕+ 论 第二章针织物试样的编织及结构特点分析和参数测定 绪论中已提到，n 前对于针织物适型性能的研究很少。为了探讨小同针织物的 变形特点和适型性，特选择了小同种类的针织物，u j 分为一类：纬编、经编和双轴i ；d 纷纬编织物。纬编选择r 六种小同的组织，经编选择了五种不同的组织，此外，还有 双轴1 柚经编和积轴m 纬编织物作为对比研究。这些织物分别在不同的机器上编织，有 若小同的特电。本章主要介绍并种引织物的编织t 艺、结构特点和参数测定。 第一节纬编玻璃纤维织物的编织及织物特点 由于试样的准备需要对参数进行选择，m 且用十实验的织物州量小，所咀纬编破 璃纤维织物都是自仃设l i 和编织。编织所刚纱线为2 4 4t e x 无碱无捻玻璃纤维纱， 机器设各选择的是s t o l lc m s 3 0 3 t ci u 脑横机。下面将详细介绍纬编针织物在电腑 上的编织。 11s t o l lc m s 3 0 3 t c 电脑横机 小课题使用的s t o l lc m s 3 0 3 t c 电脑横机( 如图2 i ) 机号为1 2 。下面将对陇 机器的主要编织机件、一角系统及机器控制台做一些简单介绍【2 2 2 ”。 图2 - 1s t o l l c m s 3 0 3 t c 电脑横机扑现 1 编织机件和三角系统 ) 舌针 舌针的针舌销带有弹簧，证闭口和开口是大位置处有一段弹性运动。退圈时，当 东华大学纺织学院针织增强结构适型性能的研究衷田妹硕士论文 旧线圈打开针舌，整个针舌沉入针舌槽里，旧线圈不受扩张作用从而减少退圈张力； 当线圈从针舌脱下时，由于弹簧作用自动上抬，避免旧线圈或松弛大线圈套到针舌上； 当脱圈后，针舌处于半开启位置，能很容易地进入送圈织针的移圈簧中接受线圈，从 而提高了产品的质量。 ( 2 ) 沉降片 沉降片位于针床齿口部分的沉降片槽中。退圈时，两针床上的沉降片闭合，握持 住旧线圈的沉降弧，防止旧线圈上浮，可起到牵拉和握持的作用，比早期的压脚好。 ( 3 ) 三角系统 机头内安装了四个编织系统，前后各两个，每个系统的工作是独立的，且工作与 否取决于编织工艺和程序设计。尽管三角系统的性能非常先进，但其结构却比较简单。 1 1 2 机器控制台 ( 1 ) 触摸控制技术- t c s t o l lc m s 3 0 3 t c 电脑横机采用先进的触摸控制技术。屏幕显示采用国际通用的 图形标志来表示各个菜单，屏幕还能够清晰地显示当前的编织状态。 ( 2 ) 电子选针技术。 采用双位无磨损电子选针技术，每一系统具有三针道编织技术，不因停电而造成 废品，该选针器为专利，使用永久磁铁直接选针。 ( 3 ) 其它技术特点 可任意调换针板、织针，移动针床达i c m ( 约4 英寸) ，在同一横列中允许有8 个 不同密度，采用分针技术，可使花型结构更加完美。 1 2s t o l lc b s 3 0 3 t c 的花型准备系统 本试验使用的s t o l lc m s 3 0 3 t c 电脑横机配置的是s i r i x 花型设计系统f 2 4 】。目前 s i r i x 系统已经逐渐被m l 和s l 花型设计系统所取代，但是m 1 和s l 都是以s i r i x 为 基础演化而来的。对于编织一些简单的组织结构，s i r i x 足以快速地实现其功能。 一种结构的编织首先要在花型设计系统中完成，需另外配置一台装有设计系统程 序的电脑，其内存一般要l g 以上；然后将设计好的花型文件通过软盘上传到电脑横 机控制台。控制台会根据文件的指示对机器发出指令，使机器按照要求运动。 1 2 1 在s i r i x 花型设计系统中，完成一个组织结构提花设计的步骤 ( 1 ) 开始 东华大学纺织学院 针织增强结构适型性能的研究 衷田妹硕士论文 建立新文件，命名且后缀为# ，如果是建立文件夹后缀为d ；把建立的新文件用 鼠标拖到桌面的j s a 程序图标上，设置花宽和花高，然后程序会自动打开一个编辑花 型的j a c q u a r d 窗口。 ( 2 ) 画结构提花图( d r a w ln g ) 在打开的j a c q u a r d 窗口中，按照组织要求，利用左侧工具栏里的各种符号填充 底色( 符号中有成圈，集圈，浮线等) 。 ( 3 ) 在j a c q u a r d 窗口的主菜单t e c h n i q u e 中调出子菜单j s a ( 4 ) 机器设置 在调出j s a 窗口后会出现一个有关机器设置的对话框。此对话框中的机器设置主 要有机型、机号( 选e 1 2 ) 、起头罗纹程序等的选择。 ( 5 ) 顺序执行各设置步骤 在设置步骤执行框中，共有六个步骤，分别为c o n t r o ll i n e s ( 控制列) 、f f ( 全 成型) 、y a r nc a r r i e r ( 导纱器) 、p r o c e s sp a t t e r n ( 花型处理) 、m o d u l e ( 模块处理) 、 s i n t r a l 。 a 执行“c o n t r o ll i n e s ”控制列 有2 1 列宽度的控制列，其中1 l 列是控制编织路数。 b 执行“y a r nc a r r i e r ” 在窗口的左下角出现导纱器基本位置的设置，可根据要求修改导纱器的位置。其 中，太阳符号指的是分离纱，z 为弹力纱，g 为罗纹，x 为大身编织用纱。 c 执行“p r o c e s sp a t t e r n ” 执行这步后，会在控制列的第1 0 和1 2 列分别出现代表弯纱深度和编织类型的字 母，这里也可以进行修改和设定。 d 执行“m o d u l e ” 在完全执行弯纱这步后，花型图将扩展，将一些花型模块进行分解处理，这张图 可真正详细地体现机器的具体编织方式和编织过程。 e 执行“s i n t r a l ” 这一步是为了生成相应的编织程序，以便读取到电脑横机上让机器按程序进行编 织。这里生成的程序可以根据具体情况进行适当的修改。 ( 6 ) 检验所生成的“s i n t r a i ”程序的可行性 1 2 m $ m 学 4 增镕构适t t r& m # 十镕女 程序做完之后一定要进行榆验，按检验国标之后，系统会自动开始模拟编织，如 果模拟错误，必须根据错