织物和服装仿真模型的理论研究综述

纪峰李汝勤郭永平

（东华大学，上海，２０００５１）

摘要：总结ｒ在织物和服装的仿真研究中的建模＾法，其中着重阐述ｒ非连续的物理仿真模型在织物以及服装中的应用，提出了进一步研究的方向。

关键词：织物服装仿真模型理论研究综述

中图法分类号：碣９４１．２文献标识码：Ａ

目前，织物和服装仿真研究中的建模方法主要分为三大类：几何方法、物理方法和综合方法。

１几何仿真

通过几何学的公式生成类织物的褶皱和曲线图形，它不考虑具体织物的物理力学性能，所以生成速度快。最初人们对织物悬垂形态进行模拟主要用的就是几何法，如采用悬链线、Ｂ样条插值等方法。ｗｅｉｌ在１９８６年发表的文章中，将在一定约束下悬垂下来的织物看作是由点和曲线构成的网格，通过构筑、调整悬挂点或约束点之间的悬链线形态以生成类似织物褶皱的形状，以此模拟织物的悬垂形态。作为一种几何方法，ｗｅｉｌ的模型中没有体现具体织物的物理性能。几何法对织物悬垂的模拟提供了一条快捷的切入点，但是对一些细节如织物的各向异性以及缝台线等难以精确地反映出来。

２物理仿真

此法涉及织物的微细结构，模拟结果与真实织物的接近程度取决于所用的数学模型和计算方法。研究人员对织物微单元进行研究的数学模型各不相同，因此表达织物结构的物理构型也各有区别，大致可分为连续和非连续两种类型。模型中使用的计算方法又可分为力法和能量法。能量法通过方程组计算整片织物的能量，然后移动织物结构内的微元使之达到最小能量状态，从而确定织物的最终变形形态。力法用微分方程表达织物内部微元之间的力，进行数值积分以获取每一时间步长下微元的空间位置，从而得到整个织物在该时间步长下的变形形态。选用合适的数值积分算法可显著地影响时间步长，从而缩短模拟时间。通常，能量法被用于织物静态悬垂的模拟，而力法用于动态悬垂的模拟。

２．１连续模型

将织物看作是大量微元素的集合体，运用研究

连续体的力学方法对织物进行受力分析和研究，通常用变形壳、板、片、膜元素或变形梁元素代表织物

的微元，有限元法是实现连续模型的最典型的数学手段。

１９７８年，ｓｈａｎ“ａ｜ｌ等以材料片／板理论为基础对

织物的复杂变形进行了研究，并通过织物的力学性

能对其悬垂形态进行了预测。１９８０年，ｕｏｖｄ采用基于膜元素的有限元模型模拟了一块圆形织物的变形，他的膜元素中没有考虑织物的抗弯性能。１９８６年，Ｆｅ”ｎｍ用四边形网格代表织物结构，从弹性片

理论中提取能量公式，用最速下降法获取织物的最小能量状态，并使用了多极栅技术使计算速度加快。Ｔｅｍ呻ｕｌｏｓ等采用了基于弹性理论的变形模型，把大变形表述为微单元力积累的结果，通过一些确

定的几何量来计算材料的变形能，但这一模型计算量相当大。ｃ０Ｉｌｉｅｒ等将织物视为正交各向异性的膜

元素的集合体，采用厂几何非线性有限元法对织物

的悬垂形态进行了模拟。１９９６年，‰ｃｏｕ小将织物看作是简单变形梁元素的集合体，采用非线性动态有限元法模拟织物的悬垂形态，Ｙ谳ｉ等在梁元素的基础上加入了风吹等外部力的效果，尝试动态悬

垂的模拟。２０００年，Ｋａｎｇ等为克服非线性隐式节点模型在模拟大织物大变形时出现的“汇聚”现象，提出了基于连续壳理论的显式动态有限元分析。２００１年，Ｊｉ曲ａｎＨｕ等“１提出了一种有限体积法（ＦｖＭ），他们将织物分成大量的小结构体，采用牛顿一拉普森单步法解方程，较之常规的应力一应变结构的有限元模型（通常采用逐步迭代法解非线性代数方程）计算速度有了明显加快。

连续模型在织物中的应用，不管从理论上还是从实际操作中不断有人提出质疑，理由：１）织物本身是大量纤维、纱线的复杂的结构体，是非连续的，而

万方数据