一种基于Creo的1+1罗纹织物三维模型模拟方法

一种基于creo的1 1罗纹织物三维模型模拟方法
技术领域
1.本发明涉及织物三维建模技术领域，更具体的说是涉及一种基于creo的1 1罗纹织物三维模型模拟方法。


背景技术：

2.在研究织物相关物理性能时，运用三维建模的方式可以简化问题的复杂性，也能提高实验过程的直观性。以对织物热性能的研究为例，该研究原理是将织物的三维模型结合传热学理论，进行热传递数值模拟，研究过程中采用显微图像，加上切片技术可以得到织物的结构参数；利用这些数据可以建立织物的三维模型；与此同时，配合有限元分析软件，以所模拟的环境为依据，设置边界条件以及相互作用，即可计算出模型的相关解值。
3.现如今对针织物三维模型建立的研究在逐步的深入与完善。在研究过程中：peirce线圈模型是最早研究出的纬平针织物线圈模型，模型由沉降弧、圈柱和针编弧三个部分构成，这种模型忽略了织物的厚度的，属于二维层面的模型。后来对针织物模型做了新的改进，先后出现了munden模型、leaf-glaskin模型以及kawabata线圈模型。经过进一步研究，采用了分段函数模拟表达各段线圈轨迹的方式，将织物中的基本线圈分为八段，建立出了立体效果良好的针织物线圈模型。之后为了解决分段设置难以达到统一且计算过程较复杂这一问题，又引入了样条曲线，使得模拟出的线圈更具真实性，也使建立过程更加简便。
4.在针织物三维模型建立的研究中，针对结构相较下较为简单的纬编针织物的研究占比较大，而对经编针织物的研究相对较少。直到21世纪初，goktepe等首先对经编针织物的三维建模和仿真进行了完整研究，在利用经验值建立经编针织物三维几何模型的基础上，基nurbs曲线曲面，利用c 语言对openinventor进行二次开发后对经编针织物进行三维仿真。目前已有经编针织物三维cad系统得到应用，但仍存在三维模拟图纱线间嵌入的问题。
5.国内在已发表的研究中，关于纬编针织物的研究：冉菊等人利用nurbs样条曲线成功建立了纬编针织物线圈的单元模型；朱生群等人基于pierce线圈模型，借用texgen织物建模软件在确定15个型值点坐标后以bezier样条曲线建立了筒状纬编针织物的三维模型，并且结果表明此模型能够较好地反映出针织线圈的串套情况以及织物的三维空间形态。
6.国内在已发表的研究中，关于经编针织物的研究：徐海燕等人利用了nurbs曲线曲面，并获取了17个型值点，在texgen软件中以样条插值的方法成功建立了经编针织物的线圈模型，且此模型具有很好的仿真效果；邓忠民等人利用bezier曲线的特点，完成了经编闭口线圈建模，通过x和y方向的循环得到了闭口编链组织，仿真效果良好，曲线光滑流畅。
7.对于织物三维模型建立运用的软件，服装研究人员传统采用的软件(以texgen为例)灵活性不够高，效率较慢，对于复杂的曲面设计也存在一定的困难；anasys，abaqus等有限元模拟分析软件也可以进行织物三维模型的建立，但会使建立过程复杂程度更高，且对操作人员对有限元软件的理解和熟练程度以及对织物结构和线圈本身结构的理解和掌握程度要求更高。
8.因此，提供一种简单方便、模拟效率高，能够更为逼真的模拟织物效果，可作为罗纹针织物的力学、热学相关物理性能进行有限元模拟分析的基础的1 1罗纹织物三维模型模拟方法是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本发明提供了一种简单方便、模拟效率高，能够更为逼真的模拟织物效果，可作为罗纹针织物的力学、热学相关物理性能进行有限元模拟分析的基础的1 1罗纹织物三维模型模拟方法。
10.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
11.一种基于creo的1 1罗纹织物三维模型模拟方法，包括以下步骤：
12.步骤一、确定纱线截面的基本轮廓，并确定最小重复单元线圈；
13.步骤二、根据b样条曲线线圈模型的特点，确定所述最小重复单元线圈上的型值点的坐标；
14.步骤三、将所述型值点输入偏移坐标系，得到所述最小重复单元线圈的二维平面模型；
15.步骤四、扫描所述二维平面模型，并根据线圈截面形状和尺寸，得到1 1罗纹针织物的最小重复单元线圈的三维模型；
16.步骤五、选择阵列类型方向，并根据1 1罗纹针织物的最小重复单元线圈间的串套规律放样建模形成1 1罗纹织物三维模型。
17.优选的，所述步骤二的具体方法如下：
18.将所述最小重复单元线圈分为a、b两个区域，并以a区域的中心点为坐标原点，线圈高度方向为y轴方向，线圈长度方向为x轴，建立空间坐标系；并确定所述最小重复单元线圈在立体空间内的若干个型值点；
19.以a区域作为所述最小重复单元线圈的参照区域，确定a区域内型值点的坐标，将a区域内线圈表示为第一椭圆弧-第一直线-第二椭圆弧-第二直线-第三椭圆弧；
20.根据最小重复单元线圈的数据确定椭圆表达式，计算第一椭圆弧、第二椭圆弧、第三椭圆弧上型值点的坐标；
21.第一直线上型值点在x轴上的投影点将第一直线在x轴方向上的投影线段平分，通过拟合得到第一直线上型值点的坐标；
22.根据a区域内的型值点坐标计算b区域内的型值点的坐标。
23.优选的，所述步骤三的具体方法如下：
24.1)选择基准点类型偏移坐标系，以prt_csys_def(f4)坐标系为参考，建立笛卡尔坐标系，输入步骤二得到的型值点坐标，用曲线将所述型值点依次连接起来；
25.2)扫描步骤1)得到的图形，绘制出所述最小重复单元线圈的二维平面模型。
26.优选的，以pierce线圈模型得到所述纱线截面的基本轮廓，所述纱线截面形状为正圆形。
27.优选的，采用creo软件建立1 1罗纹针织物的三维模型。
28.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于creo的1 1罗纹针织物模型的三维模拟方法，基于creo建模原理，以peirce线圈模型为基础，通过参
考b样条曲线线圈模型的特点，选择合适型值点，并将选取的型值点坐标输入偏移坐标系，然后进行扫描、草绘，选择纱线截面形状和尺寸，得到织物最小重复单元三维模型；最后通过方向阵列，分别定义沿纵向或横向为第一方向或第二方向，根据线圈串套规律放样建模形成1 1罗纹织物三维模型。本发明1 1罗纹针织物模型的三维模拟方法的优势在于两方面：一是方便快捷，能在最短的时间内模拟出理想的罗纹针织物的线圈模型；二是模拟线圈与实际线圈较为接近，能真正模拟真实线圈的形态并且作为相关物理性能进行有限元模拟分析的基础。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
30.图1为本发明最小重复单元线圈区域划分示意图。
31.图2为本发明最小重复单元线圈a区域型值点选取示意图的主视图。
32.图3为本发明最小重复单元线圈a区域型值点选取示意图的侧视图。
33.图4为本发明1 1罗纹针织物三维模型图正(反)面对比图。
34.图5为本发明1 1罗纹针织物实际织物正(反)面对比图。
35.图6为本发明1 1罗纹织物三维模型侧面图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.实施例1
38.本发明实施例公开了一种基于creo的1 1罗纹织物三维模型模拟方法，在建模中假设织物处于理想状态，将实际织物中纱线接触引起的重叠和挤压等现象视为相切接触，忽略力的作用导致的线圈形状大小差异，将所有线圈视为形态无差别，将单元线圈模型视为轴对称，忽略线圈间互相勾连、串套而导致的纱线横截面形状差异，将纱线横截面形状视为标准圆形。以peirce线圈模型为基础，通过参考b样条曲线线圈模型的特点来进行线圈的三维模型创建。针织物的基本线圈模型由针编弧、沉降弧以及圈柱组成，圈柱用直线段表示，线圈针编弧、沉降弧用圆弧近似表示。
39.本发明将参照针织物实际线圈在三维空间的几何形态和线圈间的相互串套关系，结合线圈模型和样条线圈模型的特点，以尽量还原实际线圈的三维形态和线圈之间串套关系为前提，提供一种运用creo软件建立1 1罗纹针织物三维模型的方法，包括以下步骤：
40.步骤一、确定纱线截面的基本轮廓，并确定最小重复单元线圈；
41.步骤二、根据b样条曲线线圈模型的特点，确定最小单元线圈上的型值点的坐标；
42.步骤三、将型值点输入偏移坐标系，得到最小单元线圈的二维平面模型；
43.步骤四、扫描二维平面模型，并根据线圈截面形状和尺寸，得到1 1罗纹针织物的最小重复单元线圈的三维模型；
44.步骤五、选择阵列类型方向，第一、第二方向选择x轴和y轴，根据实际织物结构设置“成员数”和“间距”放样建模形成1 1罗纹织物三维模型。
45.优选的，上述步骤二的具体方法如下：
46.如图1所示，将最小重复单元线圈分为a、b两个区域，并以a区域的中心点为坐标原点，线圈高度方向为y轴方向，线圈长度方向为x轴，建立空间坐标系；并确定最小重复单元线圈在立体空间内的若干个型值点；
47.以a区域作为最小重复单元线圈的参照区域，确定a区域内型值点的坐标，将a区域内线圈表示为第一椭圆弧-第一直线-第二椭圆弧-第二直线-第三椭圆弧；
48.根据最小重复单元线圈的数据确定椭圆表达式，计算第一椭圆弧、第二椭圆弧、第三椭圆弧上型值点的坐标；
49.第一直线上型值点在x轴、y轴、z轴上的投影点分别将第一直线在x轴、y轴、z轴方向上的投影线段平分，通过拟合得到第一直线上型值点的坐标；
50.根据a区域内的型值点坐标计算b区域内的型值点的坐标，。
51.优选的，步骤三的具体方法如下：
52.1)选择基准点类型偏移坐标系，以prt_csys_def(f4)坐标系为参考，建立笛卡尔坐标系，输入步骤二得到的型值点坐标，用曲线将所述型值点依次连接起来。
53.2)扫描步骤1)得到的图形，进行草绘，选用“圆心和点”于线迹原点绘制线圈截面，同时设置该截面大小恒定不变，且始终垂直线迹，绘制出最小重复单元线圈二维平面模型。
54.优选的，以pierce线圈模型得到所述纱线截面的基本轮廓，所述纱线截面形状为正圆形。
55.优选的，采用creo软件建立1 1罗纹针织物的三维模型。
56.如图4-图6所示分别为织物模型和实际织物的线圈结构正(反)面对比图和侧面图，经对比可以发现，线圈的弯曲状态及空间结构达到了与实际织物相接近的要求。
57.实施例2
58.参照图1至图3，对本发明步骤二中确定型值点及型值点坐标进行进一步说明。
59.(1)将最小重复单元线圈分为a、b两个区域，并以a区域内线圈底部的中心点为坐标原点，线圈高度方向为y轴方向，线圈长度方向为x轴，为建立空间坐标系；并确定所述最小重复单元线圈在立体空间内的29个型值点n1～n29；其中，型值点n1～n15在所述a区域内的型值点，型值点n15～n29在所述b区域内；
60.(2)以a区域作为所述最小重复单元的参照区域，确定所述a区域内型值点n1～n15的坐标
61.a区域型值点n1～n3、型值点n7～n9、型值点n13～n15确定部分近似为椭圆；主视图型值点n3～n7部分可与直线作对比分析，型值点n3、型值点n5、型值点n6、型值点n7近似在一条直线上；型值点n3～n7在x轴方向上的投影点将型值点n3～n7在x轴上形成的线段平分为四段，通过拟合可近似得出n3～n7的坐标二维坐标；纱线横截面近似为正圆形，且截面形状、大小恒定不变。
62.由椭圆坐标方程可得：
63.n1-n2-n3段：
64.n7-n8-n9段：
65.n7-n8段：
66.其中，d为纱线直径，w为线圈圈距、h为线圈圈高、l为线圈总高、t为线圈厚度；a为椭圆长轴长，b为椭圆短轴长，α为椭圆系数；θ为型值点在x轴和y轴形成的平面上的弧段的弧度，β为型值点在y轴和z轴形成的平面上的弧段的弧度；其中，
67.最终可得出a区域型值点n1-n8的坐标：n8的坐标：n8的坐标：n8的坐标：
68.型值点n9～n13的确定方法与n3～n7相同；
69.(3)确定所述b区域内型值点n15～n29的坐标
70.从a区域到b区域型值点坐标变化为：b
x
＝a
x-w，by＝ay，bz＝-az，得出b区域型值点n15～n29。
71.优选的，目前所计算得出的29个型值点如果直接输入所形成的模型存在不流畅和连接处不连贯的问题，故需对型值点个数作一定的增加。本发明a、b区域分别增加了3个型值点，最小重复单元线圈在立体空间内的型值点还包括型值点n30～n35，其中，型值点n30～n32为a区域内的型值点，型值点n33～n35为b区域内的型值点；
72.型值点n30～n32的坐标为：n30(x
n7
0.03，y
n7
p，z
n7-q)、n31(x
n9-0.03，y
n9
p，z
n9-q)、n32(x
n15-0.03，y
n15
，0)，b区域坐标点遵循b
x
＝a
x-w，by＝ay，bz＝-az变化原则，坐标中参数p，q由步骤一得到最小线圈呈现实际形态确定。
73.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他
实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
74.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。