王 旭， 杜增鋒， 王翠娥， 倪慶清, 劉新華

(1. 安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 安徽 蕪湖 241000； 2. 安徽工程大學(xué) 紡織科技公共服務(wù)平臺(tái)， 安徽 蕪湖 241000；3. 信州大學(xué) 纖維學(xué)部， 日本 長(zhǎng)野 3868567)

以三維機(jī)織物為增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)的紡織復(fù)合材料由于其良好的結(jié)構(gòu)性能, 已廣泛應(yīng)用于航空航天、交通及建筑等領(lǐng)域。正交機(jī)織物是三維紡織復(fù)合材料應(yīng)用最為廣泛的增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)之一。正交機(jī)織物由相互垂直的3組紗線交織構(gòu)成，經(jīng)、緯向分別由多層經(jīng)紗、緯紗交替排列，并由沿厚度方向的接結(jié)紗與多層經(jīng)緯紗交織，從而形成整體結(jié)構(gòu)。和普通機(jī)織物相比，正交機(jī)織物的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，其幾何模型及三維建模研究對(duì)預(yù)測(cè)復(fù)合材料纖維體積含量、力學(xué)性能和損傷破壞性等具有重要意義[1-2]。

丁辛等[3-4]假設(shè)紗線截面為跑道形，緯紗、填充紗軸線為直線，經(jīng)紗、接結(jié)經(jīng)軸線為直線和圓弧連接，提出了具有普適意義的三維機(jī)織結(jié)構(gòu)幾何模型，并探討了三維機(jī)織結(jié)構(gòu)的數(shù)值表征。NAUMAN等[5]從細(xì)觀幾何結(jié)構(gòu)的角度，分析了不同纖維束截面形態(tài)和彎曲程度的貫穿正交及層間正交碳纖維增強(qiáng)體的結(jié)構(gòu)特征。郭興峰等[6]以經(jīng)緯紗為直線、捆綁紗為直線和正弦組合曲線，建立了三維正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)的幾何模型，并研究了捆綁紗的織縮率和纖維體積含量的計(jì)算。ISART等[7]比較了理想狀態(tài)、擠壓狀態(tài)等不同情況下貫穿正交機(jī)織物復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)差異，并運(yùn)用有限元分析預(yù)測(cè)了復(fù)合材料體積含量和力學(xué)性能。DASH等[8]探討了紗線截面分別為橢圓形、跑道形及圓形截面條件下，貫穿正交、層間正交和角聯(lián)鎖組織的幾何模型，并比較了厚度、面密度、纖維體積分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè)值和測(cè)量值的差異。由于織物具有結(jié)構(gòu)上的周期性特征，近年來運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行三維正交機(jī)織物參數(shù)化設(shè)計(jì)成為該領(lǐng)域重要的研究方向之一。CHEN等[9]建立了表征三維機(jī)織物交織規(guī)律的矩陣模型，為計(jì)算機(jī)輔助三維機(jī)織物的參數(shù)化設(shè)計(jì)及其軟件開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。馮兆行等[10]建立了三維機(jī)織正交結(jié)構(gòu)預(yù)制件的幾何模型，用Pro/Engineer軟件實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)，并比較了實(shí)際結(jié)構(gòu)與模型的纖維體積分?jǐn)?shù)的差異。燕春云等[11]以織物層數(shù)，經(jīng)、緯紗列數(shù)，接結(jié)經(jīng)根數(shù)等5個(gè)參數(shù)表征貫穿正交機(jī)織物，并運(yùn)用UG/Open GRIP實(shí)現(xiàn)了該類織物的參數(shù)化建模。

目前針對(duì)三維正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)的研究主要集中在幾何模型和結(jié)構(gòu)表征方法的建立，其結(jié)構(gòu)的參數(shù)化三維建模的研究鮮有報(bào)道。為加快正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程，本文以貫穿正交機(jī)織物為研究對(duì)象，在分析交織規(guī)律的基礎(chǔ)上建立了其結(jié)構(gòu)單元的三維模型，并運(yùn)用3ds Max軟件的Maxscript腳本語言開發(fā)了相應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化三維建模。研究結(jié)果為正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)參數(shù)化三維建模、復(fù)合材料增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等提供了有價(jià)值的參考。

1 貫穿正交機(jī)織物的交織規(guī)律

貫穿正交機(jī)織物按接結(jié)方式分為經(jīng)紗接結(jié)和緯紗接結(jié)2種，前者緯紗層數(shù)比經(jīng)紗層數(shù)多1層，后者經(jīng)紗層數(shù)比緯紗層數(shù)多1層。圖1示出理想狀態(tài)下經(jīng)紗接結(jié)的貫穿正交機(jī)織物三維模型。三維坐標(biāo)系中，假設(shè)織物經(jīng)向、緯向及厚度方向分別是x、y和z方向，則平行于xoy平面的緯紗層和經(jīng)紗層彼此相間排列，再由平行于xoz平面上沿z方向的2根接結(jié)經(jīng)Ⅰ、Ⅱ分別從表層向底層、底層向表層垂直穿過各層紗線從而形成完整的結(jié)構(gòu)。

圖1 貫穿正交機(jī)織物三維模型Fig.1 3-D model of through-thickness orthogonal woven fabric

圖2為經(jīng)紗接結(jié)貫穿正交機(jī)織物示意圖，包括：4層緯紗每層2根，3層地經(jīng)每層2根，2根接結(jié)經(jīng)。緯紗層和地經(jīng)紗層彼此相間排列。接結(jié)經(jīng)Ⅰ從緯紗①～④和⑤～⑧之間，由表層向底層穿越，其右側(cè)是地經(jīng)1、2、3。接結(jié)經(jīng)Ⅱ從緯紗①～④和⑤～⑧之間，由底層向表層穿越，其右側(cè)是地經(jīng)4、5、6。圓圈表示緯紗，水平直線表示地經(jīng)，半圓弧與垂直線的組合線表示接結(jié)經(jīng)。

圖2 貫穿正交機(jī)織物交織示意圖Fig.2 Sketch map of through-thickness orthogonal woven fabric

結(jié)合圖1、2，可以得到如圖3所示的貫穿正交機(jī)織物組織圖，其中：接結(jié)經(jīng)與緯紗交織的經(jīng)組織點(diǎn)用“×”表示；地經(jīng)與緯紗交織的經(jīng)組織點(diǎn)用“■”表示，緯組織點(diǎn)用“□”表示。例如：接結(jié)經(jīng)I在緯紗①～④的上方用“×”表示，在緯紗⑤～⑧的下方用“□”表示。地經(jīng)1在緯紗②～⑦的上方用“■”表示，在①、⑧的下方用“□”表示。

圖3 貫穿正交機(jī)織物組織圖Fig.3 Weave-diagram of through-thickness orthogonal woven fabric

由此，經(jīng)紗接結(jié)貫穿正交機(jī)織物滿足：當(dāng)緯紗層數(shù)nw=n時(shí)，經(jīng)紗層數(shù)nj=n-1，完全組織緯紗數(shù)Rw、地經(jīng)數(shù)Rd，接結(jié)經(jīng)數(shù)Rj分別為Rw=2n，Rd=2(n-1)，Rj=2。

2 貫穿正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)三維模型

2.1 結(jié)構(gòu)單元的幾何關(guān)系

三維機(jī)織物結(jié)構(gòu)的幾何特征在很大程度上決定了增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)的性能。貫穿正交機(jī)織物中紗線多為長(zhǎng)絲纖維束，其空間狀態(tài)十分復(fù)雜。借鑒織物結(jié)構(gòu)相理論和復(fù)合材料單胞單元[12]，可將纖維束簡(jiǎn)化為截面沿紗線軸線放樣的實(shí)體。由于交織規(guī)律具有周期性，可提取一個(gè)完全組織內(nèi)的三維模型作為結(jié)構(gòu)單元，則整個(gè)織物結(jié)構(gòu)模型可由結(jié)構(gòu)單元在空間維度上延拓構(gòu)成。結(jié)構(gòu)單元的建立基于以下假設(shè)。

1)緯紗、地經(jīng)、接結(jié)經(jīng)截面為圓形；

2)層內(nèi)地經(jīng)及層內(nèi)緯紗彼此平行排列；

3)緯紗和地經(jīng)軸線均為直線，接結(jié)經(jīng)軸線為直線加圓弧組合；

4)不考慮擠壓等導(dǎo)致的截面及軸線變形，且整個(gè)織物結(jié)構(gòu)均勻一致。

假設(shè)地經(jīng)、接結(jié)經(jīng)、緯紗截面直徑分別為dd、dj、dw，則結(jié)構(gòu)單元的幾何關(guān)系如圖4所示。

在結(jié)構(gòu)單元的左視圖、前視圖和頂視圖中，分別定義相鄰層緯紗軸線z方向間距為Dwz，同層相鄰緯紗軸線x方向間距均為Dwx，相鄰層地經(jīng)軸線z方向間距為Ddz，同層相鄰地經(jīng)軸線y方向間距為Ddy，相鄰接結(jié)經(jīng)軸線y方向間距為Dj，那么Dwz、Dwx、Ddz、Ddy、Dj分別滿足式(1)～(5)。

圖4 貫穿正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)單元的幾何關(guān)系Fig.4 Geographic relationship of structure unit of through-thickness orthogonal woven fabric. (a) Left view; (b) Front view; (c) Top view

Dwz=dd+dw

(1)

Dwx=dj+dw

(2)

Ddz=dd+dw

(3)

Ddy=dd+dj

(4)

Dj=dd+dj

(5)

2.2 結(jié)構(gòu)單元的三維模型

圖5示出按照?qǐng)D4的幾何關(guān)系得到的結(jié)構(gòu)單元三維模型，地經(jīng)紗和緯紗用圓柱表示，接結(jié)經(jīng)由穿越織物厚度部分的圓柱和交織部分的半圓弧形圓柱組合構(gòu)成。

當(dāng)結(jié)構(gòu)單元的緯紗層數(shù)為nw=n時(shí)，由交織規(guī)律可知其經(jīng)紗層數(shù)為nj=n-1，緯紗數(shù)Rw、地經(jīng)數(shù)Rd和接結(jié)經(jīng)數(shù)Rj分別為2n，2(n-1)和2。由幾何關(guān)系可得到結(jié)構(gòu)單元的緯向?qū)挾萕、經(jīng)向長(zhǎng)度L、厚度H，分別滿足式(6)、(7)、(8)。

W=2(dj+dd)

(6)

L=2(dj+dw)

(7)

H=ndw+(n-1)dd+2dj

(8)

圖5 貫穿正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)單元模型Fig.5 Structure unit model of through-thickness orthogonal woven fabric

式中，dd，dj，dw分別為地經(jīng)、接結(jié)經(jīng)、緯紗直徑，mm。

當(dāng)n=4時(shí)的結(jié)構(gòu)單元三維模型如圖5所示。其中nj=3，Rw=8，Rd=6，Rj=2，W=2(dj+dd)，L=2(dj+dw)，H=4dw+3dd+2dj。

上述分析表明，經(jīng)紗接結(jié)貫穿正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)單元模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)有11個(gè)，即緯紗層數(shù)nw、經(jīng)紗層數(shù)nj、緯紗數(shù)Rw、地經(jīng)數(shù)Rd、接結(jié)經(jīng)數(shù)Rj、緯向?qū)挾萕、經(jīng)向長(zhǎng)度L、厚度H、緯紗直徑dw、地經(jīng)直徑dd和接結(jié)經(jīng)直徑dj。其中獨(dú)立參數(shù)有4個(gè)，分別為nw、dw、dd和dj。采用類似方法可建立緯紗接結(jié)貫穿正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)單元模型。

3 貫穿正交機(jī)織物的參數(shù)化建模

3.1 基于Maxscript的參數(shù)化建模

Maxscript是內(nèi)置于3ds Max軟件的腳本語言，可實(shí)現(xiàn)建模、動(dòng)畫及渲染等操作的程序化，提高建模效率，特別適合結(jié)構(gòu)上具有周期性的機(jī)織物結(jié)構(gòu)建模。其原理是：根據(jù)紗線軸線曲線及截面建立紗線實(shí)體，并按交織規(guī)律排列形成織物結(jié)構(gòu)三維模型。型值點(diǎn)是描述紗線軸線形狀的代表性數(shù)據(jù)點(diǎn)。紗線軸線可根據(jù)型值點(diǎn)坐標(biāo)通過樣條函數(shù)插值得到。通過編寫Maxscript程序，根據(jù)參數(shù)自動(dòng)生成貫穿正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)三維模型，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)化三維建模，具體步驟如下。

1)輸入織物初始參數(shù)，包括：紗線直徑、緯紗層數(shù)、經(jīng)緯向循環(huán)次數(shù)、紗線顏色等。

2)由結(jié)構(gòu)單元的幾何關(guān)系計(jì)算紗線型值點(diǎn)坐標(biāo)。

3)創(chuàng)建樣條插值函數(shù)，由型值點(diǎn)坐標(biāo)生成紗線軸線，并調(diào)整參數(shù)形成機(jī)織物結(jié)構(gòu)三維模型。

建模過程的關(guān)鍵是紗線型值點(diǎn)數(shù)量及其坐標(biāo)的確定。一般來說紗線軸線空間狀態(tài)越簡(jiǎn)單，其型值點(diǎn)數(shù)量越少。為實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，根據(jù)貫穿正交組織紗線形態(tài)特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)單元中緯紗、地經(jīng)均采用2個(gè)型值點(diǎn)分別位于紗線軸線的端點(diǎn)，接結(jié)經(jīng)采用9個(gè)型值點(diǎn)，其在軸線分布如圖4(a)中“●”標(biāo)記。當(dāng)經(jīng)向、緯向循環(huán)數(shù)分別為mj、mw時(shí)，整個(gè)織物緯紗根數(shù)Nw、地經(jīng)根數(shù)Nd，接結(jié)經(jīng)根數(shù)Nj分別滿足下式：

Nw=Rw×mw=2nmw

(9)

Nd=Rd×mj=2(n-1)mj

(10)

Nj=Rj×mj+1=2mj+1

(11)

式中，n為緯紗層數(shù)。每根緯紗和地經(jīng)仍為2個(gè)型值點(diǎn)，接結(jié)經(jīng)型值點(diǎn)數(shù)量則為8mj+1。

3.2 Maxscript建模實(shí)例

以圖5所示的結(jié)構(gòu)單元為例說明建模過程。建模過程分3部分進(jìn)行：首先構(gòu)建緯紗層，其次構(gòu)建地經(jīng)層，最后構(gòu)建接結(jié)經(jīng)。每個(gè)部分均先根據(jù)圖4所示的幾何關(guān)系計(jì)算型值點(diǎn)坐標(biāo)。然后根據(jù)紗線型值點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)建SplineShape類對(duì)象[13]，即每根紗線作為一個(gè)SplineShape類對(duì)象。運(yùn)用循環(huán)語句，可快速構(gòu)建全部紗線，從而形成整個(gè)織物的三維結(jié)構(gòu)模型。

3.2.1 緯紗層構(gòu)建

根據(jù)結(jié)構(gòu)單元幾何關(guān)系，如果取第1層緯紗①的左側(cè)型值點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0,0)，那么其右側(cè)型值點(diǎn)坐標(biāo)為(0,W,0)。緯紗①、②、⑧的兩側(cè)型值點(diǎn)坐標(biāo)如表1所示。

表1 緯紗型值點(diǎn)坐標(biāo)Tab.1 Coordinate of weft data points

從表1可看出：相鄰2層緯紗之間(如①和②)對(duì)應(yīng)型值點(diǎn)x，y坐標(biāo)相同，z方向間距為Dwz；同層相鄰2根緯紗(如①和⑧)之間對(duì)應(yīng)型值點(diǎn)y，z坐標(biāo)相同，x方向間距Dwx。運(yùn)用循環(huán)可實(shí)現(xiàn)所有緯紗型值點(diǎn)坐標(biāo)的賦值。

3.2.2 地經(jīng)層構(gòu)建

根據(jù)結(jié)構(gòu)單元幾何關(guān)系，第1層地經(jīng)1的前、后側(cè)型值點(diǎn)坐標(biāo)分別為(dw/2,dj+dd/2,-Ddz/2)、(dw/2-L,dj+dd/2,-Ddz/2)。地經(jīng)1、2、4的兩側(cè)型值點(diǎn)坐標(biāo)如表2所示。

表2 地經(jīng)型值點(diǎn)坐標(biāo)Tab.2 Coordinate of ground-warp data points

從表2可看出：相鄰2層地經(jīng)(如1和2)之間對(duì)應(yīng)型值點(diǎn)x，y坐標(biāo)相同，z方向間距為Ddz；同層相鄰2根地經(jīng)(如1和4)之間對(duì)應(yīng)型值點(diǎn)x、z坐標(biāo)相同，y方向間距為Ddy。運(yùn)用循環(huán)可實(shí)現(xiàn)所有地經(jīng)型值點(diǎn)坐標(biāo)賦值。

3.2.3 接結(jié)經(jīng)構(gòu)建

根據(jù)結(jié)構(gòu)單元的幾何關(guān)系，接結(jié)經(jīng)I、II上各有9個(gè)型值點(diǎn)，其坐標(biāo)如表3所示。

表3 接結(jié)經(jīng)型值點(diǎn)坐標(biāo)Tab.3 Coordinate of binder-warp data points

當(dāng)結(jié)構(gòu)單元沿緯向(y方向)延拓mw倍，對(duì)整體織物來說，奇數(shù)接結(jié)經(jīng)型值點(diǎn)坐標(biāo)符合接結(jié)經(jīng)I，偶數(shù)接結(jié)經(jīng)型值點(diǎn)坐標(biāo)符合接結(jié)經(jīng)II，且相鄰奇數(shù)或偶數(shù)位置接結(jié)經(jīng)對(duì)應(yīng)型值點(diǎn)x，z坐標(biāo)一致，y坐標(biāo)遞增W。

當(dāng)結(jié)構(gòu)單元沿經(jīng)向(x方向)延拓mj倍時(shí)，對(duì)整體織物來說，接結(jié)經(jīng)型值點(diǎn)增至8nj+1?？筛鶕?jù)表3，接結(jié)經(jīng)對(duì)應(yīng)型值點(diǎn)y、z坐標(biāo)一致，x坐標(biāo)每次遞減L得到。

3.2.4 界面設(shè)計(jì)及運(yùn)行實(shí)例

Maxscript的卷展欄功能，為界面設(shè)計(jì)提供了方便。由數(shù)值微調(diào)器、文本框、顏色拾取器、按鈕、組合框等控件[13]設(shè)計(jì)出參數(shù)輸入界面，通過消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制(如單擊)，觸發(fā)相應(yīng)的代碼執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)貫穿正交機(jī)織物的參數(shù)化三維建模。圖6示出參數(shù)輸入界面。組織參數(shù)包含緯紗層數(shù)、經(jīng)向循環(huán)、緯向循環(huán)、完全組織數(shù)(緯紗數(shù)Rw、地經(jīng)數(shù)Rd、接結(jié)經(jīng)數(shù)Rj)、織物紗數(shù)(緯紗數(shù)Nw、地經(jīng)數(shù)Nd、接結(jié)經(jīng)數(shù)Nj)。紗線參數(shù)包含地經(jīng)、緯紗及接結(jié)經(jīng)直徑和顏色等。旋轉(zhuǎn)參數(shù)包含沿坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)角度。根據(jù)需要輸入相應(yīng)的參數(shù)，即點(diǎn)擊繪圖可生成三維模型。組織參數(shù)中結(jié)構(gòu)單元內(nèi)緯紗根數(shù)Rw、地經(jīng)根數(shù)Rd和接結(jié)經(jīng)根數(shù)Rj，自動(dòng)根據(jù)緯紗層數(shù)計(jì)算?？椢锟偩暭喐鶖?shù)Nw、總地經(jīng)根數(shù)Nd和總接結(jié)經(jīng)根數(shù)Nj，分別根據(jù)式(9)～(11)自動(dòng)計(jì)算。織物三維結(jié)構(gòu)的緯向?qū)挾萕f、經(jīng)向長(zhǎng)度Lf及厚度Hf均可由結(jié)構(gòu)單元的幾何關(guān)系、紗線直徑和經(jīng)緯向循環(huán)數(shù)，自動(dòng)計(jì)算。

圖6 貫穿正交機(jī)織物參數(shù)化建模界面Fig.6 User interface of parametric modeling on through-thickness orthogonal woven fabric

圖7(a)為輸入緯紗層數(shù)5，經(jīng)、緯向循環(huán)均8次，地經(jīng)、緯紗、接結(jié)經(jīng)直徑分別為0.8，1.0，0.6 mm，地經(jīng)、緯紗、接結(jié)經(jīng)選擇3種不同顏色，自動(dòng)產(chǎn)生的參數(shù)化三維結(jié)構(gòu)模型1。圖7(b)為輸入緯紗層數(shù)4，經(jīng)、緯向循環(huán)均10次，地經(jīng)、緯紗、接結(jié)經(jīng)直徑分別為0.8、1.0、0.5 mm，沿z軸從頂向下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，自動(dòng)產(chǎn)生的參數(shù)化三維結(jié)構(gòu)模型2。通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)參數(shù)數(shù)值微調(diào)器，可從不同的角度顯示三維結(jié)構(gòu)，從而方便模型的觀察。

圖7 貫穿正交機(jī)織物參數(shù)化三維模型Fig.7 Parametric 3-D model of through-thickness orthogonal woven fabric. (a) Model 1; (b) Model 2

此外，通過點(diǎn)擊圖6所示界面中顏色拾取器，可實(shí)時(shí)改變緯紗、地經(jīng)或接結(jié)經(jīng)的顏色，便于觀察三維模型中不同系統(tǒng)的紗線狀態(tài)。程序的運(yùn)行表明：本文開發(fā)的Maxscript程序，能根據(jù)織物幾何關(guān)系快速方便地實(shí)現(xiàn)該類織物三維結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模；同時(shí)可實(shí)現(xiàn)將建立好的三維結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)出為IGES格式等文件，以便于ANSYS等軟件的進(jìn)一步分析。

為驗(yàn)證模型的織造可行性以及模型和實(shí)物的吻合程度，在SGA598型半自動(dòng)織樣機(jī)上進(jìn)行了試織，并以經(jīng)向長(zhǎng)度Lf和緯向?qū)挾萕f之比，估算了模型和實(shí)物的吻合程度。圖8(a)為4層緯紗貫穿正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)單元分別沿經(jīng)、緯向循環(huán)4次建立模型的頂視圖。圖8(b)為從實(shí)物掃描圖中取出和模型相一致的局部圖像。

圖8(b)中實(shí)物紗線規(guī)格均為滌/棉(65/35)合股線(線密度為13 tex×2)，其中緯紗白色，接結(jié)經(jīng)黑色，地經(jīng)紅色。經(jīng)紗按省綜穿法共使用5片綜，1個(gè)循環(huán)8根經(jīng)紗的穿綜順序?yàn)?、2、3、4、5、2、3、4，其中綜框1、5穿入接結(jié)經(jīng)，綜框2、3、4穿入地經(jīng)，穿筘方式為每筘4入。

對(duì)比圖8(a)、(b)發(fā)現(xiàn)，模型中紗線條干均勻，排列規(guī)整且紗線間距一致，而實(shí)物結(jié)構(gòu)和模型存在一定差異。為驗(yàn)證模型和實(shí)物的吻合程度，假定實(shí)物中紗線的平均直徑為d，那么圖8(a)所示模型的經(jīng)向長(zhǎng)度及緯向?qū)挾染鶠?6d，即Lf∶Wf=1∶1。圖8(b)所示的實(shí)物局部圖像，以像素為參考指標(biāo)，實(shí)物對(duì)應(yīng)的經(jīng)向長(zhǎng)度及緯向?qū)挾确謩e為802、924像素，即Lf∶Wf=0.87∶1。上述對(duì)比說明模型和實(shí)物吻合程度較好。存在差異的原因是：1)模型中緯紗和地經(jīng)紗均作為理想伸直狀態(tài)，且不考慮紗線截面變化，而實(shí)際紗線未必嚴(yán)格伸直排列，且紗線截面存在變化；2)織造過程由于紗線張力、打緯力變化及筘號(hào)等因素，必然引起紗線截面產(chǎn)生擠壓變形及紗線間距變化等。

上述分析表明本文開發(fā)的參數(shù)化建模軟件能提高三維建模效率，但存在僅考慮了貫穿型結(jié)構(gòu)和紗線為理想狀態(tài)的局限性。后續(xù)研究可增加層間正交等類型并引入紗線截面形狀、經(jīng)緯密及層間間距等參數(shù)，以增加模型的適用類型，并通過參數(shù)調(diào)整提高模型和實(shí)物結(jié)構(gòu)的吻合程度。

3 結(jié)束語

根據(jù)交織規(guī)律和紗線直徑，建立了貫穿正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)單元的幾何關(guān)系及三維模型，并提出了參數(shù)化三維建模方法。根據(jù)結(jié)構(gòu)單元的三維模型，確定了紗線型值點(diǎn)坐標(biāo)，并開發(fā)Maxscript程序?qū)崿F(xiàn)了貫穿正交機(jī)織物的參數(shù)化三維建模，為提高建模效率提供了新的方法。本文主要研究了貫穿正交機(jī)織物參數(shù)化三維建模，對(duì)于層間正交及角聯(lián)鎖等三維參數(shù)化建模，以及為提高模型和實(shí)物吻合程度的修正等工作有待進(jìn)一步研究。

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