CN112784365A - 织物成型过程中的拉伸力的控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及织物成型技术领域，公开了一种织物成型过程中的拉伸力的控制方法、装置及存储介质，该方法包括：获取织物的几何参数和材料参数；根据几何参数、材料参数、预先配置的织物单胞的壳单元刚度矩阵以及织物成型的几何模型，建立织物成型的有限元模型；在根据织物成型的有限元模型对织物的成型过程进行仿真时，调节作用于织物上的拉伸力直至织物的表面不起皱，获得最佳拉伸力；其中，最佳拉伸力的方向为沿织物的纤维束方向；将最佳拉伸力施加于织物上。本发明实施例能够有效地避免在织物成型过程中，需要通过不断试错来确定拉伸力的大小，提高了拉伸力参数的确定效率，从而降低了试验成本，提高了研发效率。

Description

织物成型过程中的拉伸力的控制方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及织物成型技术领域，特别是涉及一种织物成型过程中的拉伸力的控制方法、装置及存储介质。

背景技术

织物是一种由众多纱线通过交叉、绕结、连接构成的平软片块物，其被广泛地应用于医用纺织品、家用纺织品、军用纺织品、汽车用纺织品、航空用纺织品及运动用纺织品等。

目前，普遍采用湿法模压的工艺完成织物的成型；具体地，首先对织物进行预成型，然后再填充树脂进行固化，最终完成织物的成型。然而，在预成型的过程中，织物容易发生起皱的现象，从而影响织物成型的质量。在现有技术中，通常在织物预成型的过程中，采用添加边缘压板的方式对织物施加沿其纤维束方向的拉伸力，以避免织物发生起皱的现象，从而确保织物成型的质量。

但是，本发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下技术问题：在向织物施加沿纤维束方向的拉伸力时，由于无法预先确定施加拉伸力的大小，因而需要通过不断试错来确定拉伸力；而且，对于不同编织结构的织物，需要重新进行试错，导致试错成本高且周期长，因此，无法保证产品研发效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种织物成型过程中的拉伸力的控制方法、装置及存储介质，能够预先确定施加于织物上的拉伸力大小，提高了拉伸力的确定效率，从而提高了研发效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种织物成型过程中的拉伸力的控制方法，包括：

获取织物的几何参数和材料参数；

根据所述几何参数、所述材料参数、预先配置的织物单胞的壳单元刚度矩阵以及织物成型的几何模型，建立织物成型的有限元模型；

在根据所述织物成型的有限元模型对所述织物的成型过程进行仿真时，调节作用于所述织物上的拉伸力直至所述织物的表面不起皱，获得最佳拉伸力；其中，所述最佳拉伸力的方向为沿织物的纤维束方向；

将所述最佳拉伸力施加于所述织物上。

作为优选方案，所述织物成型过程中的拉伸力的控制方法还包括：

根据所述织物的编织结构，建立所述织物的单胞模型；

根据所述织物的单胞模型，建立所述织物单胞的剪切变形本构模型；其中，所述剪切变形本构模型用于指示所述织物单胞的剪应力与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系；

根据所述剪切变形本构模型，建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵。

作为优选方案，所述剪切变形本构模型具体为：

其中，τ_xy为所述织物单胞的剪应力；μ为纤维束间的摩擦系数；N为所述织物单胞中纤维束的数量；η为所述织物单胞中单根纤维束的拐点数；w₀为纤维束的宽度；g₀为纤维束的间距；L_s为所述织物单胞的边长；L_y为纤维束跨度的一半；t为纤维束的厚度；α为纤维束的夹角；F_T为施加于单根纤维束上的拉伸力；B_y为单根纤维束的弯曲刚度；θ为纤维束的面外波动角度；E_com为纤维束的横向压缩模量；α_min为纤维束开始产生侧向压缩时的纤维束的夹角，

作为优选方案，所述根据所述剪切变形本构模型，建立所述织物单胞的刚度矩阵，具体包括：

根据所述剪切变形本构模型，通过以下公式建立所述织物单胞的面内剪切刚度模型：

其中，所述织物单胞的面内剪切刚度模型用于指示所述织物单胞的面内剪切刚度与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系；A₃₃为所述织物单胞的面内剪切刚度；τ_xy为所述织物单胞的剪应力；t为纤维束的厚度；α为纤维束的夹角；

根据所述织物单胞的面内剪切刚度模型，建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵：

其中，N_x为沿纬纱方向的剪力；N_y为沿经纱方向的剪力；N_xy为在所述织物单胞表面内垂直于纬纱并指向经纱方向的剪力；M_x为沿纬纱方向的弯矩；M_y为沿经纱方向的弯矩；M_xy为垂直于所述织物单胞表面的弯矩；A₁₁为沿纬纱方向的拉伸刚度；A₂₂为沿经纱方向的拉伸刚度；A₃₃为所述织物单胞的面内剪切刚度；A₄₄为绕纬纱旋转的扭转刚度；A₅₅为绕经纱旋转的扭转刚度；A₆₆为所述织物单胞的面内扭转刚度；

为沿纬纱方向的应变；

为沿经纱方向的应变；

为所述织物单胞表面的应变；K_x为沿纬纱方向的曲率；K_y为沿经纱方向的曲率；K_xy为所述织物单胞表面的曲率。

作为优选方案，所述几何参数包括纤维束的宽度、纤维束的厚度、纤维束的间距，纤维束的数量和单根纤维束的拐点数；

所述材料参数包括纤维束间的摩擦系数、纤维束的横向压缩模量、纤维束的弯曲刚度、织物单胞的拉伸刚度和织物单胞的弯曲刚度。

为了解决相同的技术问题，相应地，本发明实施例还提供一种织物成型过程中的拉伸力的控制装置，包括：

参数获取模块，用于获取织物的几何参数和材料参数；

有限元模型建立模块，用于根据所述几何参数、所述材料参数、预先配置的织物单胞的壳单元刚度矩阵以及织物成型的几何模型，建立织物成型的有限元模型；

最佳拉伸力获得模块，用于在根据所述织物成型的有限元模型对织物的成型过程进行仿真时，调节作用与所述织物上的拉伸力直至所述织物的表面不起皱，获得最佳拉伸力；其中，所述最佳拉伸力的方向为沿织物的纤维束方向；

最佳拉伸力施加模块，用于将所述最佳拉伸力施加于所述织物上。

作为优选方案，所述织物成型过程中的拉伸力的控制装置还包括：

单胞模型建立模块，用于根据所述织物的编织结构，建立所述织物的单胞模型；

剪切变形本构模型建立模块，用于根据所述织物的单胞模型，建立所述织物单胞的剪切变形本构模型；其中，所述剪切变形本构模型用于指示所述织物单胞的剪应力与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系；

壳单元刚度矩阵建立模块，用于根据所述剪切变形本构模型，建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵。

作为优选方案，所述剪切变形本构模型具体为：

其中，τ_xy为所述织物单胞的剪应力；μ为纤维束间的摩擦系数；N为所述织物单胞中纤维束的数量；η为所述织物单胞中单根纤维束的拐点数；w₀为纤维束的宽度；g₀为纤维束的间距；L_s为所述织物单胞的边长；L_y为纤维束跨度的一半；t为纤维束的厚度；α为纤维束的夹角；F_T为施加于单根纤维束上的拉伸力；B_y为单根纤维束的弯曲刚度；θ为纤维束的面外波动角度；E_com为纤维束的横向压缩模量；α_min为纤维束开始产生侧向压缩时的纤维束的夹角，

作为优选方案，所述壳单元刚度矩阵建立模块具体包括：

面内剪切刚度模型建立单元，用于根据所述剪切变形本构模型，通过以下公式建立所述织物单胞的面内剪切刚度模型：

其中，所述织物单胞的面内剪切刚度模型用于指示所述织物单胞的面内剪切刚度与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系；A₃₃为所述织物单胞的面内剪切刚度；τ_xy为所述织物单胞的剪应力；t为纤维束厚度；α为纤维束的夹角；

壳单元刚度矩阵建立单元，用于根据所述织物单胞的面内剪切刚度模型，建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵：

其中，N_x为沿纬纱方向的剪力；N_y为沿经纱方向的剪力；N_xy为在所述织物单胞表面内垂直于纬纱并指向经纱方向的剪力；M_x为沿纬纱方向的弯矩；M_y为沿经纱方向的弯矩；M_xy为垂直于所述织物单胞表面的弯矩；A₁₁为沿纬纱方向的拉伸刚度；A₂₂为沿经纱方向的拉伸刚度；A₃₃为所述织物单胞的面内剪切刚度；A₄₄为绕纬纱旋转的扭转刚度；A₅₅为绕经纱旋转的扭转刚度；A₆₆为所述织物单胞的面内扭转刚度；

为沿纬纱方向的应变；

为沿经纱方向的应变；

为所述织物单胞表面的应变；K_x为沿纬纱方向的曲率；K_y为沿经纱方向的曲率；K_xy为所述织物单胞表面的曲率。

为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述的织物成型过程中的拉伸力的控制方法。

与现有技术相比，本发明提供的一种织物成型过程中的拉伸力的控制方法、装置及存储介质，通过获取的所述几何参数和所述材料参数以及预先配置的织物单胞的壳单元刚度矩阵和织物成型的几何模型，建立织物成型的有限元模型，然后在根据所述织物成型的有限元模型对所述织物的成型过程进行仿真时，获得使织物的表面不起皱的最佳拉伸力，最后将所述最佳拉伸力施加于所述织物上，从而有效地避免了在织物成型过程中，需要通过不断试错来确定施加于织物上的拉伸力的大小，提高了拉伸力的确定效率，进而降低了试错试验的成本并节省了试验时间，因此提高了研发效率。此外，本发明实施例的所述织物成型过程中的拉伸力的控制方法适用于不同编织结构的织物，因此，对于相同材料、不同结构的织物，无需通过重复试验来获取剪切性能参数，仅通过所述织物单胞的壳单元刚度矩阵即可直接获得，因此进一步提高了确定不同编织结构的成型参数的效率，并减少了试验耗费。

附图说明

图1是本发明实施例中的织物成型过程中的拉伸力的控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中的建立织物的壳单元刚度矩阵的流程示意图；

图3是本发明实施例中的具有平纹编织结构的织物的结构示意图；

图4是本发明实施例中的一种织物的拐点的示意图；

图5是本发明实施例中的另一种织物的拐点的示意图；

图6是本发明实施例中的纤维束夹角的示意图；

图7是本发明实施例中的纤维束面外波动角及纤维束厚度的示意图；

图8是本发明实施例中的一种对织物施加拉伸力的示意图；

图9是本发明实施例中的另一种对织物施加拉伸力的示意图；

图10是本发明实施例中的织物成型过程中的拉伸力的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

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作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。

参见图1，是本发明实施例提供的一种织物成型过程中的拉伸力的控制方法的流程示意图；

在本发明实施例中，所述织物成型过程中的拉伸力的控制方法，包括以下步骤S11-S14：

S11、获取织物的几何参数和材料参数。

在具体实施时，通过测量织物获得所述织物的几何参数和材料参数；

其中，所述几何参数包括纤维束的宽度、纤维束的厚度、纤维束的间距，纤维束的数量和单根纤维束的拐点数；所述材料参数包括纤维束间的摩擦系数、纤维束横向压缩模量、纤维束的弯曲刚度、织物的拉伸刚度和织物的弯曲刚度。

S12、根据所述几何参数、所述材料参数、预先配置的织物单胞的壳单元刚度矩阵以及织物成型的几何模型，建立织物成型的有限元模型。

具体地，将所述几何参数和所述材料参数输入所述织物单胞的壳单元刚度矩阵，结合输入参数后的所述织物单胞的壳单元刚度矩阵以及所述织物成型的几何模型，建立所述织物成型的有限元模型；其中，建立的所述织物成型的有限元模型用于模拟织物的成型过程。

需要说明的是，在具体实施时，可利用有限元软件建立所述织物成型的有限元模型。具体地，将所述织物单胞的壳单元刚度矩阵编制成用户子程序，并嵌入所述有限元软件中；然后将所述几何参数和所述材料参数通过所述用户子程序输入至所述织物成型的几何模型；最后设置边界条件、加载形式，并划分网格，从而建立所述织物成型的有限元模型。其中，所述有限元软件包括但不限于Abaqus，Ls-Dyna。

另外，本实施例预先配置有所述织物单胞的壳单元刚度矩阵以及所述织物成型的几何模型；其中，所述织物成型的几何模型具体为织物成型过程中的几何模型，其包括模具的实体模型和所述织物的几何模型。具体地，所述织物成型的几何模型可以通过以下方式建立：建立模具的实体模型，并将所述模具的实体模型的材料参数设置为刚性；采用平面壳单元模型建立所述织物的几何模型。可选地，所述模具可以是采用湿法模压的工艺完成织物成型的上模具和下模具，当然，所述模具还可以是其他成型工艺的模具，本发明对此不作限定。

S13、在根据所述织物成型的有限元模型对所述织物的成型过程进行仿真时，调节作用于所述织物上的拉伸力直至所述织物的表面不起皱，获得最佳拉伸力；其中，所述最佳拉伸力的方向为沿织物的纤维束方向。

具体地，根据所述织物成型的有限元模型对所述织物的成型过程进行仿真，并在仿真的过程中，调节作用于模型中的织物的拉伸力的大小直至该模型中的织物的表面不起皱，从而获得最佳拉伸力；其中，作用于模型中的织物的拉伸力的方向为沿织物的纤维束方向，因而获得的所述最佳拉伸力的方向也为沿织物的纤维束方向。需要说明的是，所述沿织物的纤维束方向具体为沿织物的纤维束走向的方向，即在所述织物所在平面内，该方向平行于所述织物。

S14、将所述最佳拉伸力施加于所述织物上。

结合图8和图9所示，在具体实施时，可以采用以下方式将所述最佳拉伸力施加于所述织物上：

(1)采用添加边缘压板的方式将所述最佳拉伸力施加于所述织物上。具体如图8所示，在织物成型过程中，所述织物10置于由压头20和底膜21构成的模具上，通过添加边缘压板30对所述织物10施加所述最佳拉伸力；具体地，通过所述边缘压板30对所述织物10施加压力，从而使得当所述织物10被所述压头20压住时，会在所述边缘压板30与所述织物10的接触区域产生摩擦力，该摩擦力即为所述最佳拉伸力。

(2)采用施加重物的方式将所述最佳拉伸力施加于所述织物上。具体如图9所示，在织物成型过程中，所述织物10置于由压头20和底膜21构成的模具上，通过轮滑40将重物50的重力施加于所述织物10上，从而对所述织物10施加所述最佳拉伸力。

在本发明实施例中，通过获取的所述几何参数和所述材料参数以及预先配置的所述织物单胞的壳单元刚度矩阵和织物成型的几何模型，建立织物成型的有限元模型，然后在根据所述织物成型的有限元模型对所述织物的成型过程进行仿真时，获得使织物的表面不起皱的最佳拉伸力，最后将所述最佳拉伸力施加于所述织物上，从而有效地避免了在织物成型过程中，需要通过不断试错来确定拉伸力的大小，提高了拉伸力的确定效率，进而降低了试错试验的成本并节省了试验时间，因此提高了研发效率。此外，本发明实施例的所述织物成型过程中的拉伸力的控制方法适用于不同编织结构的织物，因此，对于相同材料、不同结构的织物，无需通过重复试验来获取剪切性能参数，仅通过所述织物的壳单元刚度矩阵即可直接获得，因此提高了确定不同编织结构的成型参数的效率，并进一步减少了试验耗费。

如图2所示，在一种优选实施方式中，所述织物成型过程中的拉伸力的控制方法还包括以下步骤S21-S23：

S21、根据所述织物的编织结构，建立所述织物的单胞模型；

S22、根据所述织物的单胞模型，建立所述织物单胞的剪切变形本构模型；其中，所述剪切变形本构模型用于指示所述织物单胞的剪应力与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系；

S23、根据所述剪切变形本构模型，建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵。

在具体实施时，在步骤S21中，根据所述织物的编织结构，建立所述织物的单胞模型；其中，所述织物的单胞模型用于表征所述织物的细观结构。

在步骤S22中，基于所述织物的单胞模型，根据能量平衡原理，只考虑两类主要能量耗散形式：纤维束间摩擦和纤维束间横向压缩，因此获得所述织物单胞的剪切变形本构模型具体为：

其中，τ_xy为所述织物单胞的剪应力；μ为纤维束间的摩擦系数；N为所述织物单胞中纤维束的数量；η为所述织物单胞中的单根纤维束的拐点数；w₀为纤维束的宽度；g₀为纤维束的间距；L_s为所述织物单胞的边长；L_y为纤维束跨度的一半，即两相邻纤维束中间线之间的距离的一半；t为所述纤维束的厚度；α为纤维束的夹角；F_T为施加于单根纤维束上的拉伸力；B_y为单根纤维束的弯曲刚度；θ为纤维束的面外波动角度；E_com为纤维束的横向压缩模量；α_min为纤维束开始产生侧向压缩时的纤维束的夹角，

具体如图3所示，以具有平纹编织结构的织物为例，所述织物中的经纱11和纬纱12每隔一根纱交错一次。其中，所述纤维束的拐点为纤维束间的交错点；例如，对于具有四根经纱和四根纬纱的平纹编织结构，单根纤维束的拐点数为四个，如图4所示；而对于具有四根经纱和四根纬纱的斜纹编织结构，单根纤维束的拐点数为两个，如图5所示。所述纤维束的拐点能够表征编织结构对织物的剪切性能的影响。另外，需要说明的是，所述纤维束的夹角α为经纱与纬纱之间的夹角，如图6所示；所述纤维束的面外波动角度θ如图7所示。

优选地，在步骤S23中，所述根据所述剪切变形本构模型，建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵，具体包括以下步骤S231-S232：

S231、根据所述剪切变形本构模型，通过以下公式建立所述织物单胞的面内剪切刚度模型：

其中，所述织物单胞的面内剪切刚度模型用于指示所述织物单胞的面内剪切刚度与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系；A₃₃为所述织物单胞的面内剪切刚度；τ_xy为所述织物单胞的剪应力；t为纤维束的厚度；α为纤维束的夹角。

需要说明的是，在步骤S231中，由于所述织物单胞的面内剪切刚度与所述织物单胞的剪应力和剪应变具有相应的关系，且所述剪切变形本构模型用于指示所述织物单胞的剪应力与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系，，因此，可根据所述剪切变形本构模型，并通过以下公式建立所述织物单胞的面内剪切刚度模型：

其中，A₃₃为所述织物单胞表面的面内剪切刚度；N_xy为在所述织物单胞表面内垂直于纬纱并指向经纱方向的剪力；

为所述织物单胞表面的应变；τ_xy为所述织物单胞的剪应力；t为所述纤维束的厚度；α为所述纤维束的夹角；需要说明的是，所述织物单胞的面内剪切刚度模型实际用于指示所述织物单胞的面内剪切刚度与所述织物单胞的剪应力和剪应变之间的关系，所述剪切变形本构模型用于指示所述织物单胞的剪应力与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系，因此，所述织物单胞的面内剪切刚度模型可用于指示所述织物单胞的面内剪切刚度与沿所述织物单胞的纤维束方向拉伸力之间的关系。

进一步地，由于所述织物单胞的剪切变形本构模型具体为：

因此，所述织物单胞的剪切变形本构模型具体为：

S232、根据所述织物单胞的面内剪切刚度模型，建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵：

其中，N_x为沿纬纱方向的剪力；N_y为沿经纱方向的剪力；N_xy为在织物单胞表面内垂直于纬纱并指向经纱方向的剪力；M_x为沿纬纱方向的弯矩；M_y为沿经纱方向的弯矩；M_xy为垂直于织物单胞表面的弯矩；A₁₁为沿纬纱方向的拉伸刚度；A₂₂为沿经纱方向的拉伸刚度；A₃₃为织物单胞的面内剪切刚度；A₄₄为绕纬纱旋转的扭转刚度；A₅₅为绕经纱旋转的扭转刚度；A₆₆为织物单胞的面内扭转刚度；

为沿纬纱方向的应变；

为沿经纱方向的应变；

为织物单胞表面的应变；K_x为沿纬纱方向的曲率；K_y为沿经纱方向的曲率；K_xy为织物单胞表面的曲率。需要说明的是，所述沿纬纱方向的拉伸刚度A₁₁和所述沿经纱方向的拉伸刚度A₂₂可通过织物双拉伸试验获得；所述绕纬纱旋转的扭转刚度A₄₄、所述绕经纱旋转的扭转刚度A₅₅和所述织物单胞的面内扭转刚度A₆₆可通过织物弯曲试验获得。

具体地，根据所述织物单胞的面内剪切刚度模型，并按照常规壳单元模型建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵。其中，由于沿纤维束的拉伸力是预先加载到织物上的，且经纱和纬纱受到大小相同的拉伸力作用，因此经纱和纬纱之间的泊松效应可以忽略；而且单层织物为正交各向异性，在剪切变形过程中，剪切、拉伸和弯曲之间的耦合作用也可以忽略；因此，所述织物单胞的壳单元刚度矩阵只剩下主对角线元素不为零。

参见图10，是本发明实施例提供的一种织物成型过程中的拉伸力的控制装置的结构意图；

在本发明实施例中，所述织物成型过程中的拉伸力的控制装置1，包括：

参数获取模块11，用于获取织物的几何参数和材料参数；

有限元模型建立模块12，用于根据所述几何参数、所述材料参数、预先配置的织物单胞的壳单元刚度矩阵以及织物成型的几何模型，建立织物成型的有限元模型；

最佳拉伸力获得模块13，用于在根据所述织物成型的有限元模型对所述织物的成型过程进行仿真时，调节作用于所述织物上的拉伸力直至所述织物的表面不起皱，获得最佳拉伸力；其中，所述最佳拉伸力的方向为沿织物的纤维束方向；

最佳拉伸力施加模块14，用于将所述最佳拉伸力施加于所述织物上。

优选地，所述几何参数包括纤维束的宽度、纤维束的厚度、纤维束的间距，纤维束的数量和单根纤维束的拐点数；所述材料参数包括纤维束间的摩擦系数、纤维束横向压缩模量、纤维束的弯曲刚度、织物的拉伸刚度和织物的弯曲刚度。

所述有限元模型建立模块12，具体用于将所述几何参数和所述材料参数输入所述织物单胞的壳单元刚度矩阵，结合输入参数后的所述织物单胞的壳单元刚度矩阵以及所述织物成型的几何模型，建立所述织物成型的有限元模型；其中，建立的所述织物成型的有限元模型用于模拟织物的成型过程。

此外，所述有限元模型建立模块12可以利用有限元软件建立所述织物成型的有限元模型。具体地，将所述织物单胞的壳单元刚度矩阵编制成用户子程序，并嵌入所述有限元软件中；然后将所述几何参数和所述材料参数通过所述用户子程序输入至所述织物成型的几何模型中；最后设置边界条件、加载形式，并划分网格，从而建立所述织物成型的有限元模型。

需要说明的是，本实施例预先配置所述织物单胞的壳单元刚度矩阵以及所述织物成型的几何模型；其中，所述织物成型的几何模型具体为织物成型过程中的几何模型，其包括模具的实体模型和所述织物的几何模型。具体地，所述织物成型的几何模型可以通过以下方式建立：建立模具的实体模型，并将所述模具的实体模型的材料参数设置为刚性；采用平面壳单元模型建立所述织物的几何模型。可选地，所述模具可以是采用湿法模压的工艺完成织物成型的上模具和下模具，当然，所述模具还可以是其他成型工艺的模具，本发明对此不作限定。

所述最佳拉伸力获得模块13，具体用于根据所述织物成型的有限元模型对所述织物的成型过程进行仿真，并在仿真的过程中，调节作用于模型中的织物的拉伸力的大小直至该模型中的织物的表面不起皱，从而获得最佳拉伸力；其中，作用于模型中的织物的拉伸力的方向为沿织物的纤维束方向，因而获得的所述最佳拉伸力的方向也为沿织物的纤维束方向。需要说明的是，所述沿织物的纤维束方向具体为沿织物的纤维束走向的方向，即在织物所在平面内，该方向平行于织物。

所述最佳拉伸力施加模块14具体可以采用以下方式将所述最佳拉伸力施加于所述织物上：

(1)采用添加边缘压板的方式将所述最佳拉伸力施加于所述织物上。

(2)采用施加重物的方式将所述最佳拉伸力施加于所述织物上。

在本发明实施例中，由所述有限元模型建立模块12根据所述几何参数和所述材料参数以及预先配置的所述织物单胞的壳单元刚度矩阵和织物成型的几何模型，建立织物成型的有限元模型，然后由所述最佳拉伸力获得模块13在根据所述织物成型的有限元模型对所述织物的成型过程进行仿真时，获得使织物的表面不起皱的最佳拉伸力，最后由所述最佳拉伸力施加模块14将所述最佳拉伸力施加于所述织物上，从而有效地避免了在织物成型过程中，需要通过不断试错来确定拉伸力的大小，提高了拉伸力的确定效率，进而降低了试错试验的成本并节省了试验时间，因此提高了研发效率。此外，本发明实施例适用于不同编织结构的织物，因此，对于相同材料、不同结构的织物，无需通过重复试验来获取剪切性能参数，仅通过所述织物的壳单元刚度矩阵即可直接获得，因此提高了确定不同编织结构的成型参数的效率，并减少了试验耗费。

在一种优选实施方式中，为了配置所述织物单胞的壳单元刚度矩阵，所述织物成型过程中的拉伸力的控制装置1还包括：

单胞模型建立模块，用于根据所述织物的编织结构，建立所述织物的单胞模型；

剪切变形本构模型建立模块，用于根据所述织物的单胞模型，建立所述织物单胞的剪切变形本构模型；其中，所述剪切变形本构模型用于指示所述织物单胞的剪应力与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系；

壳单元刚度矩阵建立模块，用于根据所述剪切变形本构模型，建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵。

其中，所述剪切变形本构模型具体为：

其中，τ_xy为所述织物单胞的剪应力；μ为纤维束间的摩擦系数；N为所述织物单胞中纤维束的数量；η为所述织物单胞中的单根纤维束的拐点数；w₀为纤维束的宽度；g₀为纤维束的间距；L_s为所述织物单胞的边长；L_y为所述纤维束跨度的一半；t为所述纤维束的厚度；α为纤维束的夹角；F_T为施加于单根纤维束上的拉伸力；B_y为单根纤维束的弯曲刚度；θ为纤维束的面外波动角度；E_com为纤维束的横向压缩模量；α_min为纤维束开始产生侧向压缩时的纤维束的夹角，

在本发明实施例中，优选地，所述壳单元刚度矩阵建立模块具体包括面内剪切刚度模型建立单元和壳单元刚度矩阵建立单元；

所述面内剪切刚度模型建立单元，用于根据所述剪切变形本构模型，通过以下公式建立所述织单胞物的面内剪切刚度模型：

其中，所述织物单胞的面内剪切刚度模型用于指示所述织物单胞的面内剪切刚度与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系；A₃₃为所述织物单胞的面内剪切刚度；τ_xy为所述织物单胞的剪应力；t为所述纤维束的厚度；α为纤维束的夹角；

需要说明的是，由于所述织物单胞的面内剪切刚度与所述织物单胞的剪应力和剪应变具有相应的关系，且所述剪切变形本构模型用于指示所述织物单胞的剪应力与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系，因此，所述面内剪切刚度模型建立单元具体可根据所述剪切变形本构模型，并通过以下公式建立所述织物单胞的面内剪切刚度模型：

其中，A₃₃为织物单胞表面的面内剪切刚度；N_xy为在织物单胞表面内垂直于纬纱并指向经纱方向的剪力；

为织物单胞表面的应变；τ_xy为所述织物单胞的剪应力；t为所述纤维束的厚度；α为纤维束的夹角；需要说明的是，所述织物单胞的面内剪切刚度模型实际用于指示所述织物单胞的面内剪切刚度与所述织物单胞的剪应力和剪应变之间的关系，所述剪切变形本构模型用于指示所述织物单胞的剪应力与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系，因此，所述织物单胞的面内剪切刚度模型可用于指示所述织物单胞的面内剪切刚度与沿所述织物单胞的纤维束方向拉伸力之间的关系。

进一步地，由于所述织物单胞的剪切变形本构模型具体为：

因此，所述织物单胞的剪切变形本构模型具体为：

所述壳单元刚度矩阵建立单元，用于根据所述织物单胞的面内剪切刚度模型，建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵：

其中，N_x为沿纬纱方向的剪力；N_y为沿经纱方向的剪力；N_xy为在所述织物单胞表面内垂直于纬纱并指向经纱方向的剪力；M_x为沿纬纱方向的弯矩；M_y为沿经纱方向的弯矩；M_xy为垂直于所述织物单胞表面的弯矩；A₁₁为沿纬纱方向的拉伸刚度；A₂₂为沿经纱方向的拉伸刚度；A₃₃为所述织物单胞的面内剪切刚度；A₄₄为绕纬纱旋转的扭转刚度；A₅₅为绕经纱旋转的扭转刚度；A₆₆为所述织物单胞的面内扭转刚度；

为沿纬纱方向的应变；

为沿经纱方向的应变；

为所述织物单胞表面的应变；K_x为沿纬纱方向的曲率；K_y为沿经纱方向的曲率；K_xy为所述织物单胞表面的曲率。需要说明的是，所述沿纬纱方向的拉伸刚度A₁₁和所述沿经纱方向的拉伸刚度A₂₂可通过织物双拉伸试验获得；所述绕纬纱旋转的扭转刚度A₄₄、所述绕经纱旋转的扭转刚度A₅₅和所述织物单胞的面内扭转刚度A₆₆可通过织物弯曲试验获得。

具体地，根据所述织物单胞的面内剪切刚度模型，并按照常规壳单元模型建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵。其中，由于沿纤维束的拉伸力是预先加载到织物上的，且经纱和纬纱受到大小相同的拉伸力作用，因此经纱和纬纱之间的泊松效应可以忽略；而且单层织物为正交各向异性，在剪切变形过程中，剪切、拉伸和弯曲之间的耦合作用也可以忽略；因此，所述织物单胞的壳单元刚度矩阵只剩下主对角线元素不为零。

此外，在本发明实施例中，所述织物成型过程中的拉伸力的控制装置1还包括多个模块/单元，使得所述织物成型过程中的拉伸力的控制装置1能够实现上述的织物成型过程中的拉伸力的控制方法的其他步骤，在此不做更多的赘述。

为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述的织物成型过程中的拉伸力的控制方法。

需要说明的是，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

综上，本发明提供一种织物成型过程中的拉伸力的控制方法、装置及存储介质，通过获取的所述几何参数和所述材料参数以及预先配置的所述织物的壳单元刚度矩阵和织物成型的几何模型，建立织物成型的有限元模型，然后在根据所述织物成型的有限元模型对所述织物的成型过程进行仿真时，获得使织物的表面不起皱的最佳拉伸力，最后将所述最佳拉伸力施加于所述织物上，从而有效地避免了在织物成型过程中，需要通过不断试错来确定施加于织物上的拉伸力的大小，提高了拉伸力的确定效率，降低了试错试验的成本并节省了试验时间，因此提高了研发效率。此外，本发明实施例的所述织物成型过程中的拉伸力的控制方法适用于不同编织结构的织物，因此，对于相同材料、不同结构的织物，无需通过重复试验来获取剪切性能参数，仅通过所述织物单胞的壳单元刚度矩阵即可直接获得，因此提高了确定不同编织结构的成型参数的效率，并减少了试验耗费。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种织物成型过程中的拉伸力的控制方法，其特征在于，包括：

获取织物的几何参数和材料参数；

根据所述几何参数、所述材料参数、预先配置的织物单胞的壳单元刚度矩阵以及织物成型的几何模型，建立织物成型的有限元模型；

在根据所述织物成型的有限元模型对所述织物的成型过程进行仿真时，调节作用于所述织物上的拉伸力直至所述织物的表面不起皱，获得最佳拉伸力；其中，所述最佳拉伸力的方向为沿织物的纤维束方向；

将所述最佳拉伸力施加于所述织物上。

2.如权利要求1所述的织物成型过程中的拉伸力的控制方法，其特征在于，所述织物成型过程中的拉伸力的控制方法还包括：

根据所述织物的编织结构，建立所述织物的单胞模型；

根据所述织物的单胞模型，建立所述织物单胞的剪切变形本构模型；其中，所述剪切变形本构模型用于指示所述织物单胞的剪应力与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系；

根据所述剪切变形本构模型，建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵。

3.如权利要求2所述的织物成型过程中的拉伸力的控制方法，其特征在于，所述剪切变形本构模型具体为：

其中，τ_xy为所述织物单胞的剪应力；μ为纤维束间的摩擦系数；N为所述织物单胞中纤维束的数量；η为所述织物单胞中单根纤维束的拐点数；w₀为纤维束的宽度；g₀为纤维束的间距；L_s为所述织物单胞的边长；L_y为纤维束跨度的一半；t为纤维束的厚度；α为纤维束的夹角；F_T为施加于单根纤维束上的拉伸力；B_y为单根纤维束的弯曲刚度；θ为纤维束的面外波动角度；E_com为纤维束的横向压缩模量；α_min为纤维束开始产生侧向压缩时的纤维束的夹角，

4.如权利要求2或3所述的织物成型过程中的拉伸力的控制方法，其特征在于，所述根据所述剪切变形本构模型，建立所述织物单胞的刚度矩阵，具体包括：

根据所述剪切变形本构模型，通过以下公式建立所述织物单胞的面内剪切刚度模型：

其中，所述织物单胞的面内剪切刚度模型用于指示所述织物单胞的面内剪切刚度与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系；A₃₃为所述织物单胞的面内剪切刚度；τ_xy为所述织物单胞的剪应力；t为纤维束的厚度；α为纤维束的夹角；

根据所述织物单胞的面内剪切刚度模型，建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵：

其中，N_x为沿纬纱方向的剪力；N_y为沿经纱方向的剪力；N_xy为在所述织物单胞表面内垂直于纬纱并指向经纱方向的剪力；M_x为沿纬纱方向的弯矩；M_y为沿经纱方向的弯矩；M_xy为垂直于所述织物单胞表面的弯矩；A₁₁为沿纬纱方向的拉伸刚度；A₂₂为沿经纱方向的拉伸刚度；A₃₃为所述织物单胞的面内剪切刚度；A₄₄为绕纬纱旋转的扭转刚度；A₅₅为绕经纱旋转的扭转刚度；A₆₆为所述织物单胞的面内扭转刚度；

为沿纬纱方向的应变；

为沿经纱方向的应变；

为所述织物单胞表面的应变；K_x为沿纬纱方向的曲率；K_y为沿经纱方向的曲率；K_xy为所述织物单胞表面的曲率。

5.如权利要求1-3任一项所述的织物成型过程中的拉伸力的控制方法，其特征在于，所述几何参数包括纤维束的宽度、纤维束的厚度、纤维束的间距，纤维束的数量和单根纤维束的拐点数；

所述材料参数包括纤维束间的摩擦系数、纤维束的横向压缩模量、纤维束的弯曲刚度、织物单胞的拉伸刚度和织物单胞的弯曲刚度。

6.一种织物成型过程中的拉伸力的控制装置，其特征在于，包括：

参数获取模块，用于获取织物的几何参数和材料参数；

有限元模型建立模块，用于根据所述几何参数、所述材料参数、预先配置的织物单胞的壳单元刚度矩阵以及织物成型的几何模型，建立织物成型的有限元模型；

最佳拉伸力获得模块，用于在根据所述织物成型的有限元模型对所述织物的成型过程进行仿真时，调节作用于所述织物上的拉伸力直至所述织物的表面不起皱，获得最佳拉伸力；其中，所述最佳拉伸力的方向为沿织物的纤维束方向；

最佳拉伸力施加模块，用于将所述最佳拉伸力施加于所述织物上。

7.如权利要求6所述的织物成型过程中的拉伸力的控制装置，其特征在于，所述织物成型过程中的拉伸力的控制装置还包括：

单胞模型建立模块，用于根据所述织物的编织结构，建立所述织物的单胞模型；

剪切变形本构模型建立模块，用于根据所述织物的单胞模型，建立所述织物单胞的剪切变形本构模型；其中，所述剪切变形本构模型用于指示所述织物单胞的剪应力与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系；

壳单元刚度矩阵建立模块，用于根据所述剪切变形本构模型，建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵。

8.如权利要求7所述的织物成型过程中的拉伸力的控制装置，其特征在于，所述剪切变形本构模型具体为：

其中，τ_xy为所述织物单胞的剪应力；μ为纤维束间的摩擦系数；N为所述织物单胞中纤维束的数量；η为所述织物单胞中单根纤维束的拐点数；w₀为纤维束的宽度；g₀为纤维束的间距；L_s为所述织物单胞的边长；L_y为纤维束跨度的一半；t为纤维束的厚度；α为纤维束的夹角；F_T为施加于单根纤维束上的拉伸力；B_y为单根纤维束的弯曲刚度；θ为纤维束的面外波动角度；E_com为纤维束的横向压缩模量；α_min为纤维束开始产生侧向压缩时的纤维束的夹角，

9.如权利要求7或8所述的织物成型过程中的拉伸力的控制装置，其特征在于，所述壳单元刚度矩阵建立模块具体包括：

面内剪切刚度模型建立单元，用于根据所述剪切变形本构模型，通过以下公式建立所述织物单胞的面内剪切刚度模型：

其中，所述织物单胞的面内剪切刚度模型用于指示所述织物单胞的面内剪切刚度与沿所述织物单胞的纤维束方向的拉伸力之间的关系；A₃₃为所述织物单胞的面内剪切刚度；τ_xy为所述织物单胞的剪应力；t为所述纤维束的厚度；α为纤维束的夹角；

壳单元刚度矩阵建立单元，用于根据所述织物单胞的面内剪切刚度模型，建立所述织物单胞的壳单元刚度矩阵：

其中，N_x为沿纬纱方向的剪力；N_y为沿经纱方向的剪力；N_xy为在所述织物单胞表面内垂直于纬纱并指向经纱方向的剪力；M_x为沿纬纱方向的弯矩；M_y为沿经纱方向的弯矩；M_xy为垂直于所述织物单胞表面的弯矩；A₁₁为沿纬纱方向的拉伸刚度；A₂₂为沿经纱方向的拉伸刚度；A₃₃为所述织物单胞的面内剪切刚度；A₄₄为绕纬纱旋转的扭转刚度；A₅₅为绕经纱旋转的扭转刚度；A₆₆为所述织物单胞的面内扭转刚度；

为沿纬纱方向的应变；

为沿经纱方向的应变；

为所述织物单胞表面的应变；K_x为沿纬纱方向的曲率；K_y为沿经纱方向的曲率；K_xy为所述织物单胞表面的曲率。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至5中任意一项所述的织物成型过程中的拉伸力的控制方法。

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