一种表示机织物多层组织的新方法_王晋棠

第3卷第1期2004年2月 江南大学学报(自然科学版)Journal of Southern Yangtze U niversity(N atural Science Edition) V ol.3　N o.1Feb.　2004　文章编号:1671-7147(2004)01-0062-04 收稿日期:2003-12-29;　修订日期:2004-01-15.作者简介:王晋棠(1942-),男,江苏常州人,教授.主要从事计算机在纺织中的应用.一种表示机织物多层组织的新方法王晋棠,　周罗庆,　孙晓明(江南大学纺织服装学院,江苏无锡214063)摘　要:提出了一种表示机织物多层组织的新方法———经纱位置码矩阵,并在此基础上提出了相应的纹板图设计方法.经纱位置码矩阵以数码描述经纱在各组织点中的空间位置,可表示任意层数的多层织物,使任意层数多层织物的纹板图设计变得相当容易.关键词:机织物;多层组织;经纱位置码矩阵;纹板图中图分类号:TS 105.11文献标识码:AA N e w Means of Expressing Multilayer WeaveW ANGJin 2tang ,　ZH OU Luo 2qing ,　S UN X iao 2ming(School of T extile and G arment ,S outhern Y angtze University ,Wuxi 214063,China )Abstract :Warp position code array ,a new means of expressing multilayer weave ,is put forward in the paper.On the basis of it ,a method of chain draft design is presented.Warp position code array describes space posi 2tion of warp in structure points by codes.Warp position code array is g ood for expressing multilayer weave with arbitrary number of layers ,making chain draft design very easy.K ey w ords :w oven fabric ;multilayer weave ;warp position code array ;chain draft 多层织物作为纺织复合材料的增强体有着广泛的发展前途,它已较多地应用于各行各业,所占比例不断增长,尤其是国防、航空航天等高科技领域.多层纺织结构复合材料可从根本上消除铺层、层压复合材料的严重分层现象,且厚度方向的整体结构性使复合材料的强度、刚度、抗冲击性、抗损伤性、抗烧蚀性得以全面提高.但在多层机织物生产中遇到的首要问题是织物组织的表示和纹板图设计,这对4层及以上的多层数机织物尤为突出.在多层机织物的设计方法及其C AD 上,虽然国内外已有关于单层或多层织物组织数学模型的构建,有的也进一步利用基于此的C AD 设计单层或多层织物的上机图,并有织物几何仿真的文献报道.但是,一般只讨论至3层.因为随着层数的增加,数学模型的建立和纱线交织接结状态的判别难度将急骤增大.为促进机织多层织物在包括纺织复合材料在内的广泛领域上的应用和发展,就必须研究机织物多层组织的表示方法、纹板图设计方法及其C AD ,用于任意层数的多层机织物.作者在分析机织物多层组织表示方法的基础上,提出了一种新方法———经纱位置码矩阵,并给出了相应的纹板图设计方法及C AD.1　机织物多层组织的表示方法1.1　传统的组织图传统的组织图是目前教科书中常用的表示方法[1].这种表示方法,在层数较少时尚能表示,层数多时就很复杂了.1.2　各层的组织矩阵及接结矩阵利用各层的组织矩阵及接结矩阵[2]的表示方法是目前许多机织物多层组织C AD 的基础,但一般只讨论到3层.因为随着层数的增加,数学模型的建立和纱线交织接结状态的判别难度急骤增大.1.3　纵向剖面图利用纵向剖面图[1]可较好地表示一些多层组织,图1是一种3层织物的纵向剖面图.但这种方法对经纱在纵向剖面图上有重迭的组织就表达不清楚(如图2所示的组织).图1　纵向剖面图Fig.1　Longitudinal cutaw ay view图2　经向截面图Fig.2　W arpwise sectional view1.4　经向截面图这种方法是用一组经向截面图来表示多层组织的,图2是一种用作复合材料增强体的玻璃纤维双层间隔机织物的经向截面图.图中共有8个经向截面图,每个经向截面图中,左列黑点代表第1纬纱层(表层),右列黑点代表第2纬纱层(里层),曲线代表经纱.这种方法可很好地表示任意层数的多层组织,同时依以方便地设计纹板图.关于这种表示方法及相应的纹板图设计方法,周罗庆已有文章论述.1.5　经纱位置码矩阵基于经向截面图表示法,文中提出了用经纱位置码矩阵表示机织物多层组织.经纱位置码矩阵是以经纱位置码描述经纱在各组织点中相对于各纬纱层的位置.经纱位置码矩阵的每一列用一组数码描述相应经向截面中经纱相对于各纬纱层的位置变更.这种方法能很好地表示任意层数的多层组织,依以表示法可方便地设计纹板图,并为任意层数的多层织物纹板图C AD 提供了良好的基础.2　机织物多层组织的经纱位置码矩阵表示法 机织物多层组织的经纱位置码矩阵是用经纱位置码描述经纱在各组织点中相对于各纬纱层的位置.L 层织物的一个组织点是由相应的1根经纱与L 根纬纱(每层一根纬纱)交织而成.对于L 层织物,经纱位置码可取0、1、2、3……L -2、L -1、L 等数值.L 表示经纱在第1纬的上面,L -1表示经纱在第1纬和第2纬之间,L -2表示经纱在第2纬和第3纬之间,L -3表示经纱在第3纬和第4纬之间,依此类推,1表示经纱在第L -1纬和第L 纬之间,0是表示经纱在第L 纬的下面.单层组织的经纱位置码矩阵兼容了传统的组织图矩阵.例如,平纹组织的经纱位置码矩阵为　11　0一上二下右斜纹组织的经纱位置码矩阵为0　0　10　1　01　0　0图2所示双层间隔织物的经纱位置码矩阵可表示为110112110100221212111101010022121211110122120100110112112212136　第1期王晋棠等:一种表示机织物多层组织的新方法下面经纱位置码矩阵表示一种5层组织:各层均采用平纹组织,在整个组织循环中,使用两根接结经纱将5层连接起来.432105432105543214321050由此可见,对于任意多层的多层组织都可方便地用经纱位置码矩阵表示.在经纱位置码矩阵表示法中,实际上依据经纱在组织点中相对于各纬纱层的位置,把各组织点进行分类编码.对于L 层组织而言,共有L +1类组织点:第L 类组织点———经纱在第1纬的上面,第L -1类组织点———经纱在第1纬和第2纬之间……依此类推,第1类组织点———经纱在第L -1纬和第L 纬之间,第0类组织点———经纱在第L 纬的下面.3　基于经纱位置码矩阵的纹板图设计方法 图3是对应于图2的双层间隔织物基于经纱位置码矩阵的上机图.本图已数字化,图中a 是经纱位置码矩阵,b 是穿综图矩阵,采用照图穿法,c 是纹板图中间矩阵,d 是纹板图矩阵.c 和d 适用于左多臂龙头,e 和f 是适用于右多臂龙头的纹板图中间矩阵和纹板图矩阵.由此可见,从经纱位置码矩阵出发是很容易得到纹板图矩阵的.图3　上机图Fig.3　Drafting arrangement 纹板图中间矩阵由经纱位置码矩阵和穿综图矩阵映射而得:经纱位置码矩阵中某一列通过穿综图矩阵中对应列中值为1的那一行,映射至纹板图中间矩阵中同高的那一行.对于左多臂龙头,映射方式是逆时针向转90度;对于右多臂龙头,映射方式是逆时针向转90度,再左右翻转.纹板图矩阵是由对应的纹板图中间矩阵得到.对于双层组织,纹板图中间矩阵的一个元素对应于纹板图矩阵的左右两个元素.以适用于右多臂龙头的纹板图中间矩阵和纹板图矩阵为例,2对应于1和1,1对应于0和1,0对应于0和0.对于3层组织,纹板图中间矩阵的一个元素对应于纹板图矩阵的左中右3个元素.以适用于右多臂龙头的纹板图中间矩阵和纹板图矩阵为例,3对应于1、1和1,2对应于0、1和1,1对应于0、0和1,0对应于0、0和0.对于3层以上的多层组织,方法亦然.对于多层组织而言,有两种投纬模式,即顺序投纬模式和顺逆序结合投纬模式.以3层组织为例,顺序投纬模式,每1个3次投纬都是顺序的,即投纬次序是:第1个3次投纬是第1纬、第2纬、第3纬,第2个3次投纬是第1纬、第2纬、第3纬…….顺逆序结合投纬模式,第奇数个3次投纬是顺序的,第偶数个3次投纬是逆序的,即投纬次序是:第1个3次投纬是第1纬、第2纬、第3纬,第2个3次投纬是第3纬、第2纬、第1纬,第3个3次投纬是第1纬、第2纬、第3纬,第4个3次投纬是第3纬、第2纬、第1纬…….对于3层组织,如用顺逆序结合投纬模式,在逆序投纬时,纹板图中间矩阵的一个元素对应于纹板图矩阵的左中右3个元素.以适用于右多臂龙头的纹板图中间矩阵和纹板图矩阵为例,3对应于1、1和1,2对应于1、1和0,1对应于1、0和0,0对应于0、0和0.对于3层以上的多层组织,以此类推.46江南大学学报(自然科学版)第3卷　4　机织物多层组织上机图CAD根据上述原理,作者用Borland C ++Builder 5.0开发了机织物多层组织上机图C AD 系统,其主要功能有:1)通用于多种织物组织的上机图设计,如单层织物、表里换层织物以及各种层数的多层织物等;2)可以显示其纵向剖面图;3)可打印纹板图;4)具有参数存盘以及调用参数等功能;5)可从帮助菜单中查阅使用指南.5　结　语文中提出了通用于任意层数机织组织的经纱位置码矩阵表示法及纹板图设计方法,并基于此开发了机织物多层组织上机图C AD 系统,填补了国内外空白,该C AD 系统最近通过了江苏省科技厅组织的科学技术成果鉴定.参考文献:[1]陈秋水,织物结构与设计[M].上海:中国纺织大学出版社,1998.[2]顾平,丁立新.计算机生成双层组织的计算方法———K ronecker 积的应用[J ].苏州丝绸工学院学报,1995,15(2):28-39.(责任编辑:邢宝妹)(上接第51页)参考文献:[1]邹慧君.机械原理[M].北京:高等教育出版社,1999.301-328.[2]申永胜.机械原理[M].北京:清华大学出版社,1999.58-66;377-429.[3]姜琪.机械运动方案及机构设计[M].北京:高等教育出社,1991.58-62.[4]王知行、李瑰贤.机械原理电算程序设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1985.1-22;100-240.[5]STE VE N H O LZ NER.Visual Basic 6技术内幕[M].详实翻译组译.北京:机械工业出版社,1999.80-102.(责任编辑:彭守敏)56　第1期王晋棠等:一种表示机织物多层组织的新方法。