（机械设计及理论专业论文）复杂织物组织计算机辅助设计与织物仿真技术研究.pdf

南京理工大掌硕士学位论文 摘要 y3 9 8 0 9 主 本文对织物c a d 技术和现行织物c a d 系统存在问题进行了研究与分 析 构建了织物组织的数学模型 编制了单层组织图设计 上机图设计模块 并以此为基础 建立了典型复杂组织 二重组织 双层及多层组织 的计算 机设计模型 研究了复杂织物组织的计算机辅助设计问题 同时 提出了基 于织物组织图和织物几何结构的织物外观的三维计算机仿真的构想 并通过 织物几何结构的理论研究 从纱线的力学模型出发 建立了以圆形曲线近似 描述纱线的截面形态 以三次b 样条曲线近似描述纱线的屈曲形态的织物 空间几何模型 利用计算机三维实体造型技术 实现了织物几何结构的三维 计算机图形显示 为织物外观的真实感图形显示探索了新的实现思路与方 法 也为进一步分析织物机械性能提供了新的辅助手段 关键词 织物组织数学模型织物c a d 几何模型 模拟仿真 塑查兰三查兰墨主兰兰兰苎一一 a b s t r a c t t h ec a d t e c h n o l o g yf o rw o v e n f a b r i ca n dp r o b l e m se x i s t i n gi np r e s e n t d a y c a ds y s t e m so fw o v e nf a b r i ca r ed i s c u s s e di n t h i s p a p e r b a s e d o i lt h e m a t h e m a t i c a lm o d e l so fw e a v ea n do nt h ef a b r i cw e a v ea n dd r a f t i n ga r r a n g e m e n t f o r s i n g l e l a y e rf a b r i c t h ec a dm o d e l so ft y p i c a lc o m p l e xw e a v e s i n c l u d i n g b a c k e dw e a v e d o u b l ew e a v ea n dm u l t i l a y e rw e a v e a r es e tu p t h em e t h o do f c o m p u t e ra i d e dd e s i g nf o rc o m p l e xw e a v e si s a l s os t u d i e d m e a n w h i l e o nt h e b a s i so ff a b r i cw e a v ea n d g e o m e t r i cs t r u c t u r e t h r e e d i m e n s i o n c o m p u t e r s i m u l a t i o nf o rw o v e nf a b r i ca p p e a r a n c ei s d e v e l o p e d a c c o r d i n gt o t h e o r i e so f w o v e nf a b r i cg e o m e t r ya n df o r c em o d e l s ag e o m e t r i cm o d e li sb u i l t i nt h i sm o d e l t h ec r o s s s e c t i o no ft h r e a di sd e s c r i b e da sac i r c l ea n dt h et h r e a dp a t ha sac u b i c b s p l i n e f o r t h m o r e w o v e n f a b r i cs t r u c t u r e si nt h r e ed i m e n s i o n sa r ed i s p l a y e db y u s i n gs o l i d m o d l i n gt e c h n i q u e s a ni d e aa n d m e t h o df o rd i s p l a y i n gw o v e n f a b r i c a p p e a r a n c e a r ep r o b e da n dan e ww a yf o ra n a l y z i n gm e c h a n i c a lp r o p e r t i e si s d e v e l o p e d k e y w o r d s f a b r i cw e a v e m a t h e m a t i c a lm o d e l c a df o rw o v e n f a b r i c g e o m e t r i cm o d e l i m i t a t i o i l s i m u l a t i o n 南京理t 大掌硕士掌位论文 第一章绪论 1 1 立项依据和背景 随着计算机技术的发展 计算机在纺织行业的应用同益普及 特别是计算 机在织物设计与生产中的应用 从根本上改变了纺织品设计与生产的落后局面 为纺织行业带来了巨大的经济效益和社会效益 而织物的计算机辅助设计 即 织物c a d 技术 长期以来一直是计算机在纺织领域应用研究中的一个热门课 题 不论国内还是国外 不论是纺织行业还是非纺织行业 都在从不同的角度 或不同的层次对这一问题进行研究 织物c a d 技术的核心内容是织物组织的计算机辅助设计和织物外观图象 的真实感模拟 近年来 尽管织物c a d 技术已进入实用阶段 但在组织设计方 面仍以单层组织为主 对复杂组织的研究还不够深入 另一方面 现有的织物 外观仿真方法基本上是以经 纬交织的示意图为基础而进行的二维平面图形的 模拟与显示 实际织物是一个三维的物体 织物表面有起伏 凸起的地方 也 有凹下的地方 特别是一些复杂织物组织更是如此 随着计算机图形学技术的 迅猛发展和许多优秀的设计平台的出现 为探索更为有效的织物仿真方法创造 了条件 为此 我们提出了基于织物组织图和织物几何结构的机织物外观的三 维计算机模拟的构想 进行织物三维仿真技术研究 为织物外观真实感图形显 示探索新的实现思路与方法 1 2 关于机织物c a d 技术的研究 1 2 1 机织物c a d 的发展概况 在纺织工业生产中 c a d 技术的研究最早可追溯到6 0 年代 当时美国i b m 公司首先成功地研制了纹制工艺自动化系统 使提花织物生产过程中的花型设 计 从原来的手工方式设计小样 画意匠图 再根据意匠图人工冲制纹版变为 采用交互方式的屏幕作图和自动冲制纹版 从此以后 我国以及英国 法国 同本等相继开展了这方面的研究 j 到了7 0 年代 c a d 技术在国外纺织工业中的应用开始进入实用阶段 8 0 年代 c a d 技术获得了飞速的发展 相继出现了机织物c a d 针织物c a d 印染c a d 服装c a d 和刺绣c a d 等 由于机织物设计和生产分为小提花和 南京理工大掌硕士掌位论文 大提花两种 所以机织物c a d 又分为小提花c a d 和大提花c a d l 8 1 小提花c a d 义称多臂c a d 可设计的织物的经纬纱组织循环较小 一般不超过6 0 6 0 目前主要用在色织物的设计上 大提花c a d 又称纹织c a d 可设计织物的经 纬纱循环可达2 0 0 0 l 则称v 为组织矩阵的首列 或首行 记为v o i i 对i 2 3 m 有v i 巾 v i 1 其中中为定义的生成规则 且对不同的i 中可以是变量 则如上生成的矩阵 称为基本组织矩阵 9 南京理工大掌硕士掌位论文 定义2 3 2 组织矩阵 i va 为基本组织矩阵 则a 为组织矩阵 i i v a b 为组织矩阵 那么a b 经过逻辑运算 与 或 异或等 交叉运算 行 列 对换运算 置换运算等运算后得到的矩阵也是组织矩阵 2 3 2 组织矩阵的产生规则 织物组织都是按一定规律以某种方式生成的 因此 在计算机中构成一 个组织矩阵 也是基于某种规则 规则一 循环移位a a s s 为整数 给定二元序列a q 呸 q lq q1 称仃 爿i s 的位移量为s 的 循环移位 且有 盯 a s a f a 口 其中 d a i j s m o d h 规则二 补0 移位口 爿 s s 为正整数 给定二元序列a 若盯 爿 s n 口 且有 f 01 i s 2 1 口 i si s m d 则称c r o a s 的位移量为s 的补 移位 规则三 求反t 给定序列a a a 2 q o 1 定义 f a a l a o 口 其中 小 规则四 遇偶求反1 l r 南京理 r 大掌硕士学位论文 给定二元序列a 口l d2 口 定义 f n 沩奇数 叭叫2 k af 为偶数 2 3 3 生成规则的计算机表示 以上所述的生成规则 只有通过一定的程式在计算机中执行 才能达到设 计效果 从上述生成规则可以看出 一个组织的形成取决于以下两点 1 初始序列的选定 若和传统设计方法对应来看也就是第一根经纱交织 规律的选定 2 使用的生成规则 不同的生成规则可能会产生效果不同的组织 因此 一个组织生成的基本算法可用如下程序来表示 第一步 读入组织矩阵的第一列 确定了纬纱数 第二步 选择所需生成的组织经循环数 第三步 确定每列之间的生成规则 对不同的生成规则 可用相应的程序伪码来表述 下面是生成规则一的伪 码 p r o c e d u r e s h i f t v a rv f a b r i c j 1 n s i n t e g e r v a t i k i n t e g e r b e g i n w i t l l v t ob e g i n f o r i 2 lt o r w d o b e g i n k i s m o dr w i fk 0 t h e n k r w v v i j 1 e n d e n d e n d 2 4 织物组织的分类 根据参与交织的经纬组数以及交织规律等因素 织物组织学 中将多臂 南京理i 大掌硕士掌位论文 织物组织分为单层组织 基原组织 变化组织 联合组织 和复杂组织 重经组织 重纬组织 双层组织 起绒组织 毛巾组织和纱罗组织等 为便于组织的显 示与设计 建立数学模型 本文将组织重新分为两类 1 规则组织 2 不 规则组织 2 4 1 几个术语说明 2 4 1 1 交织规律 组织循环中每根经 纬 线交叉数以及每次交织时经纬浮长数的变化规律 也称浮沉规律 通常用分式表示 以经向浮沉规律为例 分子表示经纱在纬纱 之上连续跨越的纬纱根数 即连续的经组织点数 分母表示经纱在纬纱之下连 续跨越的纬纱根数 即连续的纬组织点数 对于复杂的浮沉规律可以用复合分 式的形式表示 2 4 1 2 e 数 同一系统相邻两根纱线上相应经 纬 组织点间相距的组织点数 有经向 飞数s j 和纬向飞数s w 之分 s j 2 相邻两根经纱上相应组织点间相距的组织点数 向上为正向下为 负 s w2 相邻两根纬纱上相应组织点间相距的组织点数 向右为正向左为 负 2 4 1 3纱线序数 组织图经纱序数j 由左向右递增 纬纱序数i 由下向上递增 2 4 2 规则组织的定义 经向交织规律一定 且经向飞数一定的组织称经向规则组织 纬向交织规律一定 且纬向飞数一定的组织称纬向规则组织 既是经向规则组织又是纬向规则组织的称经纬两向规则组织 2 4 3 不规则组织的定义 凡是不属于规则组织的经纬向交叉规律不定的组织均称为不规则组织 南京理t 大掌硕士掌位论文 如平纹变化组织 锯齿斜纹组织 芦席斜纹组织 联合组织及复杂组织 下几 节将讨论这些组织的生成 而复杂组织将在第三 四章讨论 2 5 组织图的自动生成 建立了组织图与矩阵的一一对应关系 再应用上述的生成规则 就可以 进行织物组织设计和组织图的显示了 2 5 1 组织的输入方法 组织的输入方法首先要使用户容易接受 其次是操作方便 一般的设计 方法有 1 输入第一列数据 如0 1 然后根据生成规则由计算机自动生 成 2 输入交织规律和飞数由系统自动生成 3 手工输入 即对经纬组织 点一一填写 本文将二维织物重新分成规则和不规则组织 所有规则组织看成一种类 型 不规则二维织物和3 d 织物看成另一种类型 规则组织中对不同类型的织 物组织 只需输入该织物组织的特征参数 如 旦 三等 表达该织物组 织的2 d 矩阵自动产生 进而进一步生成其组织图 这种输入方法符合传统设 计方法 符合用户的思维逻辑 易于接受 且直观 易操作 2 5 2 规则织物组织的自动生成 根据前面的定义 规则织物组织实际上包括了常用的一些单系统组织 如平纹 简单斜纹 加强斜纹 复合斜纹 角度斜纹等 它是所有其它组织设 计的基础 对规则组织进行分析不难发现 它们的共同特征是可以用浮点 浮 长和飞数来描述 如平纹组织的浮点数是2 浮长是1 飞数是1 或 1 再如 3 1 右斜纹 浮点数是2 浮长分别是3 1 飞数是1 对规则组织 其纬循 环数取决于浮点数和浮长 浮点数和浮长可以统一用组织浮沉规律表示 而经 循环由纬循环数和飞数来决定 因此 一个规则组织仅需两个参数即可唯一确 定 若用z 表示组织沉浮规律 s 表示组织点飞数 则规则组织f 便可用下式 表示 f f z s 它是z 和s 的二元函数 设浮点数是n f 浮长为l i i 1 2 n o 则z 可以表示成n f 和 南京理工大掌硕士掌位论文 的函数 即定的n f 和l i 唯一确定一个z 设织物组织的经循环数为r j 纬循环数为r w 则 r w 驴 刮 f 1 2 n r i s i 0 尺 i s l 0 2 5 1 2 5 2 其中 为求余运算 这样 组织可以表示成2 d 矩阵 矩阵的大小由式 2 5 1 和 2 5 2 计 算 若用w i j 表示矩阵中第i 行第j 列的元素 则二维矩阵形式如图2 5 1 所示 w r w 1 w r w 2 w r w j w r w r j w 2 j 以l 图2 5 1组织矩阵形式 川 助 w 2 动 w 1 r j 数组w r w r j 就表示了一规则组织 当输入组织特征参数 获得组织点浮沉规律z 后 即可给w 的第一列元 素赋值 对应与规则组织的第一根经纱 当第一列元素赋值后 根据生成规 则一 其它元素的赋值遵循如下规律 其中 i 1 2 r w j 1 2 r j 因此 输入组织参数 如3 l 2 1 和飞数s 之后 就可以唯一确定一个 数组w r w r j 一个规则组织也就唯一确定了 找出以上规律 就建 2 t 规则组织的数学模型 另外 按织物设计学的规定 组织点飞数s 要受到完全纬纱循环数r w 的 制约 即 sl r w l 2 5 3 s一 f j i一 j 1 w r s s 一 一 0 o w w r l j o w 南京理 r 大掌硕士学位论文 且正的飞数s 和负的飞数s7 之间有如下关系 s r w s 7 2 5 4 这样 可将符合式 2 5 3 要求的飞数值全部按正飞数处理 即在式 2 5 3 和 2 5 4 的基础上 数学模型都将正确地表达规则组织 而无论该组织是左 斜还是右斜 综上所述 规则组织的程序框图由图2 5 2 表示 接组织显示程序 图2 5 2 规则织物组织生成程序框图 南京理工大掌硕士单位论文 2 5 3 不规则织物组织的自动生成 不规则组织 不可能用同一个数学模型加以描述 而必须建立各自的数学模 型 单独处理 2 5 3 1 平纹变化组织 平纹变化组织包括经重平 纬重平 方平及变化方平 变化方平是其最一 般的形式 所以 只要对变化方平进行分析 找出它的规律性 建立与其对应 的数学模型 就能解决平纹变化组织的所有问题 变化方平的组织规律由经向组织点的沉浮规律z l 和纬向组织点的沉浮规 律z 2 所决定 用f 表示平纹变化组织 则有f f z 1 z 2 即平纹变化组 织可以用z 1 和z 2 为变量的一个二元函数关系式来表达 仍用w r w r j 表示组织数组 当输入组织特征参数 用给规则组织 赋值的同样方法给第一列元素w i 1 i 1 2 r w 和第一行元素w 0 j j 1 2 r j 赋值后 按生成规则三给整个数组赋值 rw i 1 w i j l l w i 1 式中 i 2 3 r w j2 2 3 r j 平纹变化组织的程序框图见附录a 1 当w 0 9 w 0 9 1 当w 1 j w 0 j 一1 2 5 3 2 曲线斜纹组织 曲线斜纹组织 又称变飞数斜纹组织 在规则组织中 飞数为一恒定值 而曲线斜纹却要求斜纹呈曲线形外观 这就要求在曲线斜纹组织中 飞数必须 是可变的 即每相邻两根经纱之间的飞数可以不同 这类组织的规律是 每根 经纱的组织点沉浮规律是相同的 但各个飞数值可以不同 若用z 表示经纱组 织点的沉浮规律 r w r j 分别表示纬纱和经纱的完全循环数 s l s 2 和j i 分别表示相邻两经纱之间的飞数值 则曲线斜纹组织可用下式表示 f f z j l s2 5j l l 设该组织数组为w r w r j 在数组第一列元素w i 1 1 赋值后 其余 数组元素可按生成规则三由下式赋值 南京理工大学硕士 q 位论文 w c w i s i j r l 一 一s i j 式中 i 1 2 r w j 2 3 r j 5 川一第j 一1 个飞数值 另外 曲线斜纹要求有良好的连续性 因此飞数值又受到如下的限制 k r w k 0 1 2 即飞数值必须是零或是纬循环数的整数倍 并且m a x s j 一w s 其余 例如 基础组织用l 23 2 斜纹 组织点飞数s 1 锯齿长度p 6 锯 齿飞数w s 2 按上述算法 生成的二维组织矩阵如图2 5 3 所示 其纬循环 数r w 8 经循环数r j 3 2 一个组织循环中有四个锯齿 图2 5 3 锯齿斜纹组织矩阵 实现该种组织的程序框图见附录a 3 2 5 3 4 芦席斜纹组织 芦席斜纹的图形外观似编织好的芦席 由于该种组织将左斜纹和右斜纹 有机地结合在一起 因而与其它组织相比要复杂些 但对这种组织进行进一步 的观察 发现它通常是以加强斜纹 如2 2 3 3 作为基础组织延伸而来的 织物表面形成 z 或 s 形斜纹线 因此 该组织仅需基础组织z 和斜纹 条数n 两个参数 它可以表示成一个二元函数 f f z n 给定基础斜纹组织为x x x 上x 下 斜纹条数n 经纬循环数由下式计算 r w r j 2 n x 1 8 s s 一 十 w w r l 一一 d n州川 引引川 1 l l o o 1 o o 1 l o o 1 0 o l 1 l l o o 1 o o o l 1 1 0 o 1 o o 0 1 l 1 o o 1 1 o o 1 1 1 o o o l o 0 1 1 l o 1 o 0 1 l 1 o o o o 1 1 1 o 0 l o 1 l 1 0 0 l o o 0 l l 1 o 0 l l o 0 1 l l o o 0 l o o 1 1 1 o o o l o o 1 1 l 1 o o 1 o o 1 l o o 1 o o l 1 l 0 l o o 1 1 1 o 1 o o 1 1 1 o o o 1 o 0 1 1 1 o o o l o o 1 1 1 1 0 o 1 o 0 1 1 1 l o 0 1 o 0 l 1 1 1 o o 1 o o l l o o l o o 1 1 o 0 1 o 0 l 1 o o 1 0 o l o o 1 o o 1 l l 1 o o 1 o 0 1 l 1 1 o o 1 o o o 1 1 l o o 1 o o o 1 1 1 o o l 一 南京理工大掌硕士掌位论文 若w x y x 1 2 r w y 1 2 r j 代表组织矩阵w r w r j 中x 行y 列的元素 令 w x y 2 l 则x y 表示当前经组织点的坐标 左斜部分经组织点的当前坐标为 x 1 l j x y 1 r w i l j x 2 右斜部分经组织点的当前坐标为 x 2 g j 2 l j x y 2 r w 2 一 1 j x i l 1 其中 i 1 2 x 表示第i 个经浮点 j 1 2 n 表示芦席斜纹的第j 条纹 l l 2 r 2 表示第l 根经纱 矩阵中的其余元素均为零 就完成了该种组织矩阵元素的赋值 2 5 5 2 5 6 2 5 7 2 5 8 2 5 3 5 其余一般组织 一般组织除上述详细讨论的几种类型外 还有破斜纹 山形斜纹 菱形斜 纹 蜂巢组织等 这些组织也都是以斜纹组织作为基础组织 经变换得来的 如菱形斜纹是由基础组织经对称而得到 破斜纹则是由基础组织取反而得 而 通过前面几节的数学分析 我们发现 在进行一般织物组织的设计与组织图绘 制时 关键是求出该组织相应的数学表示形式 也即组织矩阵 因此 在设计 破斜纹 山形斜纹等组织时 只要对基础组织矩阵进行适当的变换即可 附录b 1 中是部分单层组织的设计结果 南京理工大学硕士学位论文 第三章重组织设计 3 1问题的提出与目的 前面讨论的是一般织物组织的设计问题 这些组织虽然种类多 构造各异 但都是由一个系统的经纱和纬纱组成 属单层组织 因此 在设计和绘图方法 上比较简单 在衣着 装饰和技术织物中 还有一类织物组织也有着广泛的应 用 那就是复杂组织 复杂织物组织的经纬纱中至少有一种是由两个或两个以 上系统的纱线组成 而且 通过织物组织我们没有办法看到它们的结构 因此 复杂织物组织的设计方法不同于一般织物组织 根据织物组织学理论 复杂织 物组织的各个子组织本身都有要求 如重组织中经重组织的表组织点要多为经 组织点 里组织点多为纬组织点 并在完全组织中里组织经浮点要介于表组织 经浮点之间等 要保证这些条件成立是复杂织物组织设计的关键 也是复杂织 物组织设计最基本的问题 正因如此 增加了复杂织物组织设计的难度和复杂 性 对复杂组织的计算机辅助设计的研究也不及一般组织那样深入 有些c a d 系统中也未涉及到复杂织物组织的设计问题 文献 2 l 2 2 2 3 对复杂织物组织 的计算机辅助设计有一些研究 本文在其研究的基础上 以织物组织理论为基 础 计算机图形学为工具 研制了复杂组织设计模块 建立了复杂织物组织的 形成规则 用户以人机对话方式进行设计 然后在显示器上绘出组织图和上机 图 本章详细论述复杂织物组织中二重组织设计和图形绘制的数学模型 数据 结构和编程技巧 3 2 重组织的基本概念 由二组或二组以上经线 或纬线 与一组纬线 或经线 交织 形成二重 或二重以上的重叠组织称重组织 其构成条件为 1 表经 或表纬 线 里经 或里纬 线与纬 或经 线交织的组织点 在一个完全组织内必须有一个共同的组织点 2 表里经在同等条件下 在一个完全组织内表 里 经线的浮长必须大于 里经 或里纬 线的浮长 这样才能让长浮线盖住纬浮线 3 表组织和里组织的完全循环纱线数必须相等或一个是另一个的整数倍 重组织有经重组织和纬重组织之分 2 0 曼三查兰竺主兰竺兰查 经二重组织是由两个系统经纱和一个系统的纬纱交织而成 其表经与纬纱 交织构成织物正面 称表组织 里经与同一纬纱交织构成织物反面 称反面组 织 反面组织的里面系在织物内部称里组织 经二重组织的正反两面均显经面 效应 其基础组织可相同或不相同 但表组织多数为经面组织 里组织多为纬 面组织 纬二重组织是由两个系统的纬纱和一个系统的经纱交织而成 其表纬与经 纱交织构成表面组织 里纬与同一经纱交织构成反面组织 反面组织的里面称 里组织 纬二重组织的正反两面均显纬面效应 其基础组织可相同或不相同 但表组织多数为纬面组织 里组织多为经面组织 图3 1 所示的是一个二重组织的组织图 a 为经二重组织 b 为纬二重 组织 表组织经浮点 囟里组织经浮点 口纬浮点 表组织经浮点 因里组织经浮点 口纬浮点 a b 图3 1二重组织图 a 经二重组织 b 纬二重组织 3 3 重组织的设计要求 对经二重组织 为了使织物正反两面具有良好的经面效应 表经的经组织 点必须将里经的经组织点遮盖住 这必须使里经的短浮线配置在相邻表经两浮 长线之间 此外 每一根纬纱要和两种经纱交织 应使纬纱的屈曲均匀且尽可 能小 图3 1 a 1 表示的是由3 1 右斜纹为表组织 l 3 右斜纹为里组织而形成的 经二重组织 由图看出 里经的短浮线配置在相邻表经两浮长线之间 织物具有良 好的经面效应 对纬二重组织 为了使织物正反两面具有良好的纬面效应 表纬的纬组织 点必须将里纬的纬组织点遮盖住 这必须使里纬的短纬浮长配置在相邻表纬两 浮长线之间 图3 1 b 用1 3 右斜纹作为表组织 3 1 右斜纹作为里组织而形成 的纬二重组织 符合上述条件 织物具有良好的纬面效应 因此 在设计二重组织时 为了使织物正反两面具有良好的经面 或纬面 南京理i 大学硕士掌位论文 效应 表里组织点的配置必须满足一定的要求 由于表 里组织共同使用一个 系统的经纱 或纬纱 会产生相互牵制和影响 这就决定了并不是任一表里 组织配合都能生成二重组织 所以 必须认真研究表里组织的特性及其表里配 合的可配性 需要以不让里组织的经 或纬 浮点露出为原则一个点一个点地 考虑 这就是二重组织设计的关键 另一方面 表里经 或纬 纱的排列比m n 只需满足m n 即可 如 图3 2 所示的经二重组织 其表里组织同图3 1 a 但经纱排列比为2 l 因此 经二重组织表里匹配的判定条件为 当经纱排列比m n 中的n 等于1 时 里经的经浮点被其相邻的两表经所遮盖 而n 不等于l 时 则要求里经被其近 邻的那根表经所遮盖 对纬二重组织 可得出类似的判定条件 图3 2 经二重组织图 表里组织的配合是否合理 可通过织物截面图直观地观察 图3 3 所示的 是某纬二重组织的横向截面图 粗实线表示表纬 虚线表示里纬 图 a 中 里 纬的短浮线总是被表纬的浮长线遮盖住 能产生较好的织物外观 而图 b 中 里纬的短浮线未被表纬浮长线遮盖住 产生了 露底 现象 如图中箭头 处所示 这是设计时要避免的 图3 3 纬二重组织截面图 南京理工大掌硕士掌位论文 3 4 重组织的计算机设计模型 3 4 1 整数矩阵 根据第 章的讨论 任一组织图都有相应的布尔矩阵 0 1 矩阵 与其对应 因此 重组织也可以用一个代数矩阵来表示 但由于重组织是两组或两组以上 的经 纬 线与一组纬 经 线交织而成的 用矩阵表示重组织时 为了便于 在组织图中用不同的符号表示表 里组织点 引入整数矩阵的概念 即对不同 组的经线与纬线交织或不同组的纬线与经线交织形成的经浮点用不同整数表 示 纬浮点仍用0 表示 例如图3 2 所示的经二重组织其对应的整数矩阵可表 示为 1211001011 o l 1oloo1121ool 1oolol1oo12l 1 0011210011 0 3 图3 1 b 中所示的纬二重组织其对应的整数矩阵可表示为 1 3 4 2 由表 里组织生成二重组织的数学模型 设计重组织时 对给定的表 里组织和表 里纱线的排列比 可以通过以 下算法和设计步骤生成重组织的整数组织矩阵 构造重组织的计算机设计模 型 3 4 2 1 重组织的数据构造 2 o 2 2 o o o 0 0 2 0 2 2 o 2 o 0 o 2 o 2 l 南京理工大掌硕士掌位论文 设定二重组织表组织的经 纬循环数为r e f r p f 用w 1 表示其组织矩 阵 里组织的经 纬循环数为r e b r p b 用w 2 表示其组织矩阵 所形成的 二重组织矩阵用w 表示 其经 纬循环数为g j r w 经二重组织 设定其表 里经纱排列比为e f e b e f e b 分别是连续的表 里经纱数 纬二重组织 设定其表 里纬纱排列比为p f p b p f p b 分别是连续的表 里纬纱数 那么 二重组织的组织矩阵的大小分别由式 3 4 2 1 和式 3 4 2 2 计算 经二重组织 r j r v e f 7 矿1 v r 曲v p 6 7 p 6 4 矿 e 6 3 4 2 1 r w r p v r 加 纬二重组织 叫 们7 p f v 似肿v p b 加卜 p f p b 3 4 徊 i 目 r fv r 式中 符号 v 为求最小公倍数 3 4 2 2 表 里扩展组织矩阵的确定 对任意的排列比 表组织和里组织在重组织的一个完全循环中都必须是完 整的 设经二重组织的表 里经扩大倍数分别为m e f m e b 纬二重组织的表 里纬扩大倍数分别为m p f m p b 参数m e f m e b m p f m p b 的值由下式确 定 经二重 m e f 2 r m e e o r e f m e b r m e e b r e b 纬二重 m p f 2r m p p f g p f m p b 2 m p p b r p b 其中 m e 2 r e f v e f e f v r e b v e b e b m p 2 r p f v p f p f v r p b v p b p b l 式中 符号 v 为求最小公倍数 至此可以确定表 里扩展组织矩阵的大小 南京理工大学硕士掌位论文 设表组织经过扩展后 其经循环数为r j f 纬循环数为r w f 里组织经过扩展后 其经循环数为r j b 纬循环数为r w b 则有 r j f 2 m e f r e f r w f 2 m p f r p f r j b 2 m e b r e b r w b 2 m p b r p b 若用f 表示表组织的扩展组织矩阵 其矩阵元素为f i d i l 2 r w f j 1 2 g j f 用b 表示里组织的扩展组织矩阵 其矩阵元素为b i j i 1 2 r i b j 1 2 r w b 下面以经二重为例给出其赋值程序 赋表组织扩展矩阵元素t k l 0 w h i l ek l r p f t h e n f o r i2 r p f 1t or w f i j 2 f i r p f j n e x t i e n d i f n e x t j k l k l 1 w e n d 赋里组织扩展矩阵元素 k 2 0 w h i l ek 2 r p bt h e n f o r i r p b 1t o n v b i j b i r p b j n e x t i e n d i f n e x t j k 2 k 2 1 w e n d 3 4 2 3 二重组织矩阵的生成 设二重组织矩阵元素为w i j i 1 2 r w j l 2 r j 下面给出其赋 值程序 产经二重组织矩阵的生成 f o r j 1 t o m e f r e f f o r i s lt or w a i 一 0 1 e d e 1 0 1 e f e f d b w i a f i j n e x t i n e x t j f o r j 1t o m e b r e b f o r i 1t 0r w e e f 0 一 a 1 e b e b 0 1 e b e f e b w i c 2b i j n e x t i n e x t j p 纬二重组织矩阵的生成 f o r i it o m p f r p f f o r j 1 t or j a i 一 i 1 p d p f i 1 p d p f p b w a j f i j n e x t j n e x t i 南京理工大掌硕士学位论文 f o r i 1t o m p b r p b f o r j 1 t o 日 c p f i 一 i 一1 p b p b i 一1 p b p f p b w c j b i j n e x t j n e x t i 3 4 3 表 里组织的合理配合 3 4 3 1 问题的描述 传统的二重组织设计都是设计人员将表里组织加以变化 人为地进行配 合 这种配合速度慢 效果差 而采用c a d 技术 通过变化表里组织加以配 合 能快速地得到所需的最佳的组织图 然而 由于表 里 组织共同使用一 个系统的经 纬 纱 会产生相互牵制和影响 任意的表组织和里组织的结合 并不能生成二重组织 因此 由表 里组织和经 纬 纱排列比 按照上述的设 计模型 生成一个二重组织的组织矩阵后还必须认真研究其表里组织的可配 性 判别它是否满足3 2 所述的设计要求 判断的思路如下 1 首先 确定矩阵中的表 里组织点 2 判断里组织的浮长线是否被表组织的浮长线所遮盖 3 若里组织的浮长线未被表组织的浮长线所遮盖 重新调整表 里组织的 经浮点的起始位置后 再进行步骤 2 3 4 3 2 表 里经 纬 识别算法 判重组织设计是否合理关键在于判定表 里组织点 因此 如何判断表 里纱线是复杂组织设计的关键 下面给出其判定函数 算法一 表 里经判别函数 p u b l i cf u n c t i o nr e c o g n i z e w a r p e fa si n t e g e r e ba si n t e g e r ja si n t e g e r e f e b 为表 里经纱排列数 i 为经纱序数 d i m p a s i n t e g e g s t ra ss t r i n g p 用以标识矩阵的某列 p j m o d e f e b 0 e f e b j e f e b e f e b i f p e f a n d p p f a n d q p b t h e ns t r 刘f a l s e 里纬 r e c o g n i z e w e f l s t r e n df u n c t i o n 3 4 3 3 设计合理性判定 用上述算法判定表 里纱线后 接着就可以进行设计合理性的判定了 对经二重组织判定其表 里是否匹配就是要查看里经组织点其邻近的表经组织 的情况 对纬二重组织判定其表 里是否匹配就是要查看里纬组织点其邻近的 表纬组织点的情况 下面给出其判定函数 算法三 经二重表 里匹配判定函数 p u b l i cf u n c t i o n c h e c k w a r p b a c k e d ma si n t e g e r na si n t e g e r m n 分别是与表 里经排列比有关的正整数 d i mia s i n t e g e r ja s i n t e g e r i 为纬纱序数 j 为经纱序数 f o r i 1t o r w f o r j2 1 t or j r e c o g n i z e w a r p 2 r e c o g n i z e w a r p e f e b j i fw i j 0a n d r e e o g n i z e w a r p f a l s et h e n w 巧 为里组织经浮点 位置 i f w i j m 1 a n dw i j n lt h e n c h e c k w a r p b a c k e d t r u e 表 里组织匹配 w i j m 表示与里组织点w i j 左邻的表经组织点 位置 w i j n 表示与里组织点w 蝎 右邻的表经组织点位置 e l s e i f w i j m 1 a n d w i j n 0 0 r w i j 一 1 0 a n d w i j n 南京理工大掌硕士学位论文 1 o r w i j m 0 a n d w i j n 0 t h e n c h e c k w a r p b a c k e d f a l s e 表 里组织不匹配 e n d i f e n d i f e n d i f n e x t i n e x t i e n df u n c t i o n 算法四 纬二重表 里匹配判定函数 p u b l i cf u n c t i o n c h e c k w e f t b a c k e d m a s i n t e g e r na si m e g e r m n 分别是与表 里纬排列比有关的正整数 d i mia s i n t e g e r ja si n t e g e r i 为纬纱序数 j 为经纱序数 f o r j2 lt o 内 f o r i 1t o r w r e c o g n i z e w e f l 2 r e c o g n i z e w e f t p f p b i i fw i j 20a n d r e c o g n i z e w e f t f a l s et h e n w i j 为里组织纬浮点位 置 i f w i m j 2 0 a n d w i n j 0 t h e n c h e c k w e f t b a c k e d t r u e 表 里组织匹配 w i m j 表示与里组织点w i j 上邻的表纬组织点 位置 w i n j 表示与里组织点w 巧 下邻的表纬组织点位置 e l s e i f w i m j 51a n dw i n j 1o rw i m j 0 a n d w i n j 1 o r w i m j 1a n d w i n j 0 t h e n c h e c k w e f l b a c k e d f a l s e 嚷 里组织不匹配 e n d i f e n d i f e n d i f n e x t i n e x t j e n df 1 a n c t i o n 3 4 3 4 表 里组织匹配的修正 南京理工大掌硕士学位论文 根据前面的讨论 当用判定函数对里组织经 纬 浮点逐一进行判定后 若满足前述设计条件 则表明生成的二重组织矩阵有效 可接着进行其组织图 的显示设计 若不满足 则改变表 里组织的相对位置 调整方法是移动里组 织第一经 或纬 的起始位置 如图3 4 1 所示 这一过程不断重复进行 直至一 个循环 若此时仍不能满足设计条件 则说明表里组织不匹配 不能生成二重 组织 3 5 设计方法 图3 4 1 表 里组织匹配的修正 3 5 1 由表 里组织生成二重组织的流程图 以经二重组织为例 给出由表 里组织生成二重组织的流程图 如图3 5 1 所示 图3 5 1 由表 里组织生成二重组织的流程图 3 0 一 塑堡兰苎查兰 主兰竺竺查 3 5 2 二重组织图显示模块 运用上述设计模型 作j nv b 5 0 编制了二重组织的设计及组织图显示模 块 设计者可通过如图3 5 2 和3 5 3 所示的对话框进行交互设计 输入表组织 类型 组织点飞数 里组织类型 组织点飞数和经 纬 纱排列比 程序自动完 成二重组织的设计和组织图显示 其上机图在另一模块中完成 且表 里经组 织点采用不同的符号表示 更清楚 直观 在用户输入表 里组织的过程中 可以检验该表 里组织是否符合要求 如不符合要求则可以重新修改 若表 里组织不匹配 则会提示设计者重新输入 图3 5 2 经二重组织设计对话框 南京理工大掌硕 z 掌位论文 图3 5 3 纬二重组织设计对话框 3 2 南京 x l 工大掌硕士掌位论支 第四章双层及多层织物组织设计 4 1 前言 双层及多层织物组织是复杂织物组织中较典型的一类组织 由于多层组织 是将数层织物用经纱相互接结构成一个整体 因而目前广泛用于各种工业中 如传动带 运输带及起重带等 多层组织是由若干系统的经 纬纱构成 形成 层数有2 1 0 层之多 在设计和织造多层组织织物时 都较单层组织要复杂 文献 2 1 2 4 讨论了如何建立双层组织的数学模型 但对多层组织的设计问题 国内还未见报导 国外正在开展这方面的研究口s l 本章论述多层织物组织通用数学模型的建立及多层织物组织图设计中的一 些关键技术问题 4 2 双层及多层织物组织概述 4 2 1 双层组织 双层组织是二系统的经纱与纬纱交织形成上下二层的织物 根据用途的不 同 上下层可以分离也可以连接在一起 上层的经纱和纬纱称为表经和表纬 下层的经纱和纬纱称为里经和里纬 图4 2 1 表示的是一个无接结的双层织物组织图 由于双层织造 织里纬 时表经必须全部提起 因此 在组织图中表经与里纬相交织的方格中 加上了 特有的经组织点 图中用符号而1 表示 l 一 o o 乎 o 点 o o i f o l xoo 一第一层经组织点 函第二层经组织点 囵提经组织点 纬组织点 图4 2 1 双层织物组织图 表 里经 纬排列比为1 1 南京理i 大掌硕士学位 t e e 文 图4 2 1 所示的双层织物 表 里经纱和纬纱的排列比均是l 1 两层经 纬纱线是交替排列的 双层组织经 纬纱线的排列比随采用的纱线特数 织物 的要求而定 通常是l 1 也可以是2 1 2 2 3 l 等 而且表 罩经纱 和表 里纬纱的排列比还可以不同 图4 2 2 所示的双层织物 其表 里组织 与图4 2 1 相同 但表 里经排列比为2 l 表 里纬排列比仍是l 1 从组 织图中看出 其经循环数扩大了 因此 双层组织的经 纬循环数与表 里经 纬 纱的排列比有关 oo o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o x 图4 2 2 双层织物组织 表 里经排列比为2 1 在双层织物组织中 上下两层组织通过接结紧密地连接在一起 称为接结 双层组织 其表 里两层的接结方法有 接结经接结法 接结纬接结法和自接 结法 当采用接结经或接结纬接结法时 用纱量增加 并且 接结经来往于两 层之间 张力较大 所以 较少采用 因此 本文只讨论自接结双层组织 自接结双层组织是利用系统本身的经 纬纱线进行接结 又可分为 里经接结法 在织表层时 里经提起和表纬交织 构成接结 表经接结法 在织里层时 表经下降和里纬交织 构成接结 联合接结法 在织表层时 里经提起和表纬交织 同时在织里层时 表经 下降和里纬交织共同构成织物的接结 图4 2 3 所示的是表 里组织相同 采用不同的接结方法得到的接结双层 组织图 a 为里经接结双层组织 里经接结点用符号i 表示 b 为表经接 结双层组织 表经接结点用符号 表示 c 为联合接结双层组织 图4 2 4 分别为它们对应的截面图 粗实线代表表经 细实线代表里经 箭头处表示接 结位置 根据织物组织学理论 接结双层组织设计时必须满足 接结点分布均匀 接 结点分布的部位 对织物正面而言 如接结点是经组织点 则应位于表经浮长 线之间 如系纬组织点 则应位于表纬浮长线之间 而图4 2 5 所示的某双层 南京理工犬掌硕士掌位论文 组织的截面图 箭头处的接结位置不符合上述设计要求 这是设计时要避免的 因此