CN113591312A - 密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法、系统及终端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法，涉及计算机图形学领域，包括：根据产品需求，绘制织物密度分布图；读取织物密度分布图，并将其转换为织物密度矩阵；根据转换获得的织物密度矩阵确定织物弹簧—质点模型的初始状态；在所述织物弹簧—质点模型初始状态的基础上结合力学分析，生成网格变形图；在所述网格变形图的基础上建立曲线线圈模型，形成织物变形模拟图，解决了现有技术中的纬编针织物变形仿真技术主要针对线圈级别的变形，缺少针对密度非均匀分布的纬编针织物的变形仿真方法的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及计算机图形学领域，具体为一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法、系统及终端。
背景技术
随着计算机技术的发展，电子计算机技术在纺织行业的应用也越来越多，而对织物的三维模拟仿真研究也吸引了越来越多的学者和专家的注意，对织物的三维仿真不仅可以直观的反应微观几何结构、三维空间形态和纱线间的交织、嵌套关系，还可以用于及产品的设计等方面。
为了满足针织物的设计样式和功能的多样化需求，一件纬编针织物成品往往是由不同密度(横密、纵密)的纬编组织结合而成。如针织护膝，针织防晒袖等贴身衣物，需将其设计成密度非均匀变化的样式来适应人肢体粗细不均的特点。当织物的密度分布不均匀时，织物成品的线圈并非是保持理想形态，而是会发生一定程度的变形。
这种密度非均匀分布的纬编针织物在设计过程中，缺乏有效的密度分布表征方式。另外，近几年关于纬编针织物变形仿真问题，国内学者主要研究的是线圈级别的变形，比如：在纬编基本组织中分别引入单个浮线、集圈和移圈线圈单元时线圈发生的变形；在织物中分别引入不同类型的线圈来研究它们对与其在同一横列的线圈高度的影响；现有纬编针织物变形仿真技术主要针对线圈级别的变形，缺少针对密度非均匀分布的纬编针织物的变形仿真方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法、系统及终端，解决了上述背景技术中提出的非均匀分布的纬编针织物设计过程缺乏有效密度分布表征方式，现有纬编针织物变形仿真技术主要针对线圈级别的变形，缺少针对密度非均匀分布的纬编针织物的变形仿真方法的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法，所述方法，包括：
根据产品需求，绘制织物密度分布图；读取织物密度分布图，并将其转换为织物密度矩阵；
根据转换获得的织物密度矩阵确定织物弹簧—质点模型的初始状态；
在所述织物弹簧—质点模型初始状态的基础上结合力学分析，生成网格变形图；
在所述网格变形图的基础上建立曲线线圈模型，形成织物变形模拟图。
优选地，所述织物密度分布图，具体为：将密度非均匀分布的纬编针织织物的设计图简称为织物密度分布图，织物密度分布图在织物结构意匠图的基础上结合织物密度改进而来,在代表线圈的单元格上涂以颜色，颜色与密度对应，其中，每种颜色所代表的组织均由相同结构和大小的线圈组合而成。
优选地，所述读取织物密度分布图，并将其转换为织物密度矩阵，具体为：将所述织物密度分布图进行数字化处理：将织物的线圈以矩阵元素的形式存储在矩阵中，矩阵中一个矩阵元素表示织物中对应位置上的一个线圈，定义该矩阵为织物密度矩阵ρ，
其中，i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n，ρi,j＝k表示织物中第i行第j列的类型为k的线圈，k＝1,2,…；类型相同的线圈其所在织物组织的密度相同，将其所在组织记为组织k,组织k对应一种织物密度，矩阵行数m,列数n分别表示织物在横向和纵向上的针数。
优选地，述根据转换获得的织物密度矩阵确定织物弹簧—质点模型的初始状态，具体为：将织物以线圈为单位按照纵、横两个方向进行网格划分，将织物简化成二维网格图；
所述二维网格图纵、横方向的单元格个数对应织物纵、横方向的针数，单元格的高宽对应着理想线圈的线圈高度和线圈宽度；
选取二维网格图中单元格顶点作为质点，单元格的宽、高为结构弹簧的两种长度，单元格对角线长度为剪切弹簧的长度；在织物的弹簧-质点模型中，连接单元格水平和竖直方向的质点的弹簧为结构弹簧；连接矩形单元格对角线方向的质点的弹簧为剪切弹簧；
在织物的网格图中，不同密度的织物组织表现为不同大小的矩形单元格。根据密度矩阵ρ，确定织物第i行第j列的线圈的类型k值，根据线圈的类型k值来确定与其对应的线圈高度、线圈宽度，进一步确定质点的坐标，进而确定织物弹簧—质点模型的初始状态。
优选地，所述在所述织物弹簧—质点模型初始状态的基础上结合力学分析，生成网格变形图，包括：对质点进行受力分析，并建立微分方程；
选用Verlet积分方法对方程进行数值求解；
求解弹簧-质点模型获得质点在一定时间步长后的位置，生成网格变形图。
优选地，所述在所述网格变形图的基础上建立曲线线圈模型，包括：采用NURBS曲线进行线圈形态模拟。
本发明还提供一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真系统，包括：
织物密度矩阵转换模块：用于读取织物密度分布图，并将其转换为织物密度矩阵；
初始状态确认模块：根据转换获得的织物密度矩阵确定织物弹簧-质点模型的初始状态；
网格变形图生成模块：在所述织物弹簧—质点模型初始状态的基础上结合力学分析，生成网格变形图；
织物变形模拟模块：在所述网格变形图的基础上建立曲线线圈模型，形成织物变形模拟图。
本发明还提供一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真终端，所述终端包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现如前所述的一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法。
(三)有益效果
本发明提供了一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法、系统及终端。具备以下有益效果：
本发明为密度非均匀分布的纬编针织物的变形研究提供了一种解决思路，根据织物密度分布图建立织物弹簧质点模型，对模型中质点进行受力分析并建立微分方程，采用verlet数值积分求解方程，形成织物网格变形图，在此基础上结合NURBS曲线线圈模型，形成密度非均匀分布纬编针织物仿真图，对比仿真图与实际样品，变形趋势高度一致，解决了现有技术中的纬编针织物设计过程缺乏密度分布表征方式，无法模拟密度非均匀分布的纬编针织物变形，导致利用此变形形成针织产品时需反复打样的技术问题。
附图说明
图1为本发明提供的一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法的流程图；
图2为本发明提供的一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真系统的结构示意图；
图3为本发明提供的一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真设备的结构示意图；
图4为本发明以织物总体尺寸是高25针、宽25针，内部另一种密度的组织的尺寸是高11针、宽11针为例的织物密度分布图；
图5为织物二维网格图；
图6为弹簧-质点模型示意图；
图7为单个线圈坐标与尺寸图；
图8为弹簧-质点模型初始状态图；
图9为质点受力分析图；
图10为织物网格变形仿真图；
图11为NURBS线圈成圈图；
图12为线圈网格模型图；
图13为线圈位置关系图；
图14为织物变形仿真结果图；
图15为样品1仿真试验对比图；
图16为样品2仿真试验对比图。
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。
本发明实施例提供一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法，所述方法，包括：
S101.根据产品需求，绘制织物密度分布图；
S102.读取织物密度分布图，并将其转换为织物密度矩阵；
S103.根据转换获得的织物密度矩阵确定织物弹簧—质点模型的初始状态；
S104.在所述织物弹簧—质点模型初始状态的基础上结合力学分析，生成网格变形图；
S105.在所述网格变形图的基础上建立曲线线圈模型，形成织物变形模拟图。
优选地，所述织物密度分布图，具体为：将密度非均匀分布的纬编针织织物的设计图简称为织物密度分布图，织物密度分布图在织物结构意匠图的基础上结合织物密度改进而来,在代表线圈的单元格上涂以颜色，颜色与密度对应，其中，每种颜色所代表的组织均由相同结构和大小的线圈组合而成。
优选地，所述读取织物密度分布图，并将其转换为织物密度矩阵，具体为：将所述织物密度分布图进行数字化处理：将织物的线圈以矩阵元素的形式存储在矩阵中，矩阵中一个矩阵元素表示织物中对应位置上的一个线圈，定义该矩阵为织物密度矩阵ρ，
其中，i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n，ρi,j＝k表示织物中第i行第j列的类型为k的线圈，k＝1,2,…；类型相同的线圈其所在织物组织的密度相同，将其所在组织记为组织k,组织k对应一种织物密度，矩阵行数m,列数n分别表示织物在横向和纵向上的针数。
如图4所示，示出了：一种织物密度分布图，表示的是由两种密度的织物组织拼接而成的织物，织物总体尺寸是高25针、宽25针，内部另一种密度的组织的尺寸是高11针、宽11针。为方便计算机读取，需将织物密度分布图进行数字化处理：将织物的线圈以矩阵元素的形式存储在矩阵中，矩阵中一个矩阵元素表示织物中对应位置上的一个线圈，定义该矩阵为织物密度矩阵ρ。
其中，i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n，ρi,j＝k表示织物中第i行第j列的类型为k的线圈，k＝1,2,…；类型相同的线圈其所在织物组织的密度相同，将其所在组织记为组织k,组织k对应一种织物密度。矩阵行数m,列数n分别表示织物在横向和纵向上的针数。
优选地，所述根据转换获得的织物密度矩阵确定织物弹簧—质点模型的初始状态，具体为：将织物以线圈为单位按照纵、横两个方向进行网格划分，将织物简化成二维网格图；
所述二维网格图纵、横方向的单元格个数对应织物纵、横方向的针数，单元格的高宽对应着理想线圈的线圈高度和线圈宽度；
选取二维网格图中单元格顶点作为质点，单元格的宽、高为结构弹簧的两种长度，单元格对角线长度为剪切弹簧的长度；在织物的弹簧-质点模型中，连接单元格水平和竖直方向的质点的弹簧为结构弹簧；连接矩形单元格对角线方向的质点的弹簧为剪切弹簧；
如图5、图6所示，在织物的二维网格图中，二维网格纵、横方向的单元格个数对应织物纵、横方向的针数，矩形单元格的高宽对应着理想线圈的线圈高度和线圈宽度；
选取织物二维网格图中单元格顶点作为质点，单元格的宽、高为结构弹簧的两种长度，单元格对角线长度为剪切弹簧的长度；每个线圈由四个质点决定其形态，宽m针高n针的针织物对应(m+1)*(n+1)个质点构成的弹簧-质点模型。
在织物的网格图中，不同密度的织物组织表现为不同大小的矩形单元格。根据密度矩阵ρ，确定织物第i行第j列的线圈的类型k值，根据线圈的类型k值来确定与其对应的线圈高度、线圈宽度，进一步确定质点的坐标，进而确定织物弹簧—质点模型的初始状态。
如图7所示，以图7为例，说明密度均匀时根据线圈的类型值k,确定质点坐标的方法。织物第i行第j列的线圈类型为k,其对应的线圈高度和宽度分别为W、H,则该线圈的四个质点坐标分别为(iW,jH),(iW,(j-1)H),((i-1)W,(j-1)H),((i-1)W,jH)。
基于图1对应的织物密度矩阵ρ为
其中,
图1所示织物是由两种密度的组织拼接而成，称这两种密度分别为组织1、组织2。先假定所有组织的矩形单元格的宽度和高度都为组织1的宽、高来赋予质点坐标值初值，形成如图8(a)所示网格；再根据织物密度矩阵确定织物中组织2的线圈在织物中的位置，将组织2的实际大小所占据的区域(图8(b)虚线小方框)和组织2被当成组织1所占据的区域(图8(b)虚线大方框)按照几何中心重合的方式重新确定组织2各质点的坐标位置，形成图8(b)所示的初始状态的弹簧-质点模型。
从图8(b)可以看到处于组织过渡处的线圈已经不再是规则的四边形，由此模拟两种密度的织物组织拼接时处于组织过渡区域的质点初始时的位置偏移。
优选地，所述在所述织物弹簧—质点模型初始状态的基础上结合力学分析，生成网格变形图，包括：对质点进行受力分析，并建立微分方程；
如图9所示，质点的位移遵循牛顿第二定律：
F＝am (1)
其中，F为质点受到的内力与外力的矢量和，外力包括重力，风力等外界施加给织物的力，内力主要包括弹簧的弹力：结构弹簧力和剪切弹簧力，本文主要讨论的是密度非均匀分布的纬编针织物内部线圈之间的相互作用力导致的织物变形，不考虑外力的影响，因此这里的F即为弹簧的弹力。由于采用的是理想弹簧，不考虑阻尼力。弹簧力遵循胡克定律：
F＝-kΔx (2)
弹簧上的质点，则当前质点所受的弹簧力合力为：
式中，n＝1,2,…,8,km,n是连接当前质点Mm与Mn之间的弹簧劲度系数；xm和xn分别是当前质点Mm和质点Mn在t时刻的位置矢量；lm,n是弹簧原长。
弹簧上的质点，则当前质点所受的弹簧力合力为：
式中，n＝1,2,…,8,km,n是连接当前质点Mm与Mn之间的弹簧劲度系数；xm和xn分别是当前质点Mm和质点Mn在t时刻的位置矢量；lm,n是弹簧原长。
选用Verlet积分方法对方程进行数值求解；
Verlet积分方法计算速度快，精度高，简单稳定，故选用Verlet积分方法进行微分方程的数值求解。
由公式(4)得：
其中，x(t)为当前质点在t时刻的位置矢量；F(t)为当前质点所受到的合力；m为质点的质量。上式表明，由质点当前时刻t和前一时刻的位置矢量和受力情况可预测该质点下一时刻的位置。
求解弹簧-质点模型获得质点在一定时间步长后的位置，生成网格变形图。
如图10所示，图10(a)示初始状态的弹簧-质点模型在力的作用下最终形成图10(b)示织物网格变形图。在图10(b)示织物的二维网格变形图中，内层密度大的组织的变形趋势是向周围扩散的，外层密度小的组织有往中间收缩的趋势，且其变形程度比紧密组织的稍大，符合密度大的组织更加稳固的实际情况。整个织物中变形最大的部分是发生在两个组织拼接处，越远离组织拼接处，线圈变形程度越小甚至没有变形。织物网格变形图代表了织物的变形趋势。
优选地，所述在所述网格变形图的基础上建立曲线线圈模型，包括：采用NURBS曲线进行线圈形态模拟。
如图11-图13所示，在针织物的线圈仿真模型中，NURBS曲线因其曲线形态可以通过控制点实现局部调控而不会因为单个控制点的改变而引起整条曲线形态都发生改变，形态更加可控，本发明采用NURBS曲线进行线圈形态模拟。
k次非均匀有理B样条曲线(k次NURBS)表达式：
其中，Pi为控制顶点，构成控制多边形；ωi>0为权因子，确定控制(顶)点的权值，其值越大曲线越接近相应的控制点，这里取ωi＝1；u＝[u0,u1,…,un+k+1]为节点矢量，节点矢量首末取四重节点即u0＝u1＝u2＝u3＝u6＝u7＝u8＝u9＝0，内节点u4,u5采用里森费尔德方法确定；Ni，k(u)为定义于非均匀控制矢量上的k次B样条基函数。
本发明在Peirce线圈模型基础上选取线圈曲线的控制顶点，在矩形单元格中选取图11中的10个控制点Pi(i＝0,1,···，9)，作为三次NURBS曲线线圈的控制顶点，其中，P0、P9分别与质点M1、M4重合，同时也是水平相邻线圈的公共点，由于NURBS曲线可以通过首末控制顶点，这就保证了线圈在水平方向的连续性，P0P1P2，P7P8P9段构成线圈的沉降弧，P2P3，P6P7为圈干，P3P4，P5P6为针编弧。矩形单元格宽度W为线圈宽度，高度H为线圈高度，控制点Pi(i＝0,1,···，9)的坐标为：
pi＝kx,iWx+ky,iHy,i∈[0,9] (7)
式中，x，y分别是x，y方向的单位向量，kx,i,ky,i分别为当前控制点与W，H的比例系数，其取值详见表1。
表1线圈控制点比例系数取值表1
图12(b)为由上述控制点生成的线圈模型，虚线部分为控制多边形，实线部分为一个NURBS曲线线圈。
建立质点与控制点的数学关系式，即质点-控制点关联式，由质点-控制点关联式和质点坐标就可以计算出控制点坐标，将控制点代入公式(6)生成相应的NURBS曲线线圈，如图13所示。控制点用来控制线圈的几何形状，质点控制四边形的形状，当质点受力偏移，四边形发生变形；相应的NURBS曲线线圈也发生变形,如图13(b)所示。每个单元格的四个质点关联一个线圈的10个控制点，控制点Pi(i＝0,…,9)与质点Mj(j＝1,2,3,4)的位置关系由图13线圈-网格模型示出。
将控制点Pi(i＝0,…,9)用质点Mj(j＝1,2,3,4)线性表出,用矩阵相乘形式表示即
其中，P＝[P0,…P9],M＝[M1,M2,M3,M4]。
在二维网格中，每个单元格生成的曲线线圈在单元格内部，因此根据网格直接生成的线圈之间也是彼此独立的，线圈高度H等于圈高B，线圈之间没有嵌套关系，如图13(a)所示虚线线圈的沉降弧与其下方的实线线圈的针编弧之间并没有相互嵌套。为了使织物在纵向上表现出相互嵌套，需要从第二行开始，将每个线圈的控制点纵坐标都偏移一个(n-1)(H-B),其中n为从下至上的第n行，n>1。形成如图13(b)所示纵向相邻的线圈之间是相互嵌套的形式，其中，纵向即图13示y轴方向，横向即图13示x轴方向，在此基础上，将图10(b)所示织物网格变形图与图13线圈-网格模型结合，最终形成如图14所示带有曲线线圈的织物变形仿真图。
仿真结果试验对比验证：
设计实验，将真实织物与其对应的仿真图对比，分析仿真结果的可靠性。
为减少干扰因素，所有样品采用相同的纱线原料；本文样品是用慈星电脑横机编织而成，纱线原料均为39.37TexX3晴纶；实验设计了如图15(b)、图16(b)所示2种织物样品，具体参数详见表2。
表2织物规格参数表
图15(a)、图16(a)分别示出两种样式的针织样品的织物密度分布图，其中，样品1由三种密度的组织拼接而成，样品2由两种密度的组织拼接而成，其拼接方式如图所示，受到机器编织能力的限制，在同一横列无法编织出两种密度的织物，所以本文采用罗纹组织替代大密度的纬平组织；图15(b)、图16(b)分别是与图15(a)、图16(a)对应的针织样品实物(左)及其成员组织在KEYENCE超景深显微镜VHX-6000下放大9倍(右)的图片；图15(c)、图16(c)分别示出样品1和样品2在Matlab上的仿真模拟图及其局部放大图。
现以样品1为例进行仿真效果的说明。对照图15(b)样品1实物图与图15(c)样品1仿真图分析知，仿真图与实物图变形趋势是一致的，整体尺寸也基本保持一致。从仿真图中可以看出，变形程度最大的线圈集中在不同密度的组织交接处，远离组织交交接处变形程度逐渐变小甚至没有变形，这与织物样品是一致的。
本发明实施例还提供一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真系统，包括：
织物密度矩阵转换模块21：用于读取织物密度分布图，并将其转换为织物密度矩阵；
初始状态确认模块22：根据转换获得的织物密度矩阵确定织物弹簧-质点模型的初始状态；
网格变形图生成模块23：在所述织物弹簧—质点模型初始状态的基础上结合力学分析，生成网格变形图；
织物变形模拟模块24：在所述网格变形图的基础上建立曲线线圈模型，形成织物变形模拟图。
本发明实施例还提供一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真终端，所述终端包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现如前所述的一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法。
综上所述，本发明提供了一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法、系统及终端。具备以下有益效果：
本发明为密度非均匀分布的纬编针织物的变形研究提供了一种解决思路，根据织物密度分布图建立织物弹簧质点模型，对模型中质点进行受力分析并建立微分方程，采用verlet数值积分求解方程，形成织物网格变形图，在此基础上结合NURBS曲线线圈模型，形成密度非均匀分布纬编针织物仿真图，对比仿真图与实际样品，变形趋势高度一致，解决了现有技术中的纬编针织物设计过程缺乏密度分布表征方式，无法模拟密度非均匀分布的纬编针织物变形，导致利用此变形形成针织产品时需反复打样的技术问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法，其特征在于：所述方法，包括：
根据产品需求，绘制织物密度分布图；
读取织物密度分布图，并将其转换为织物密度矩阵；
根据转换获得的织物密度矩阵确定织物弹簧-质点模型的初始状态；
在所述织物弹簧-质点模型初始状态的基础上结合力学分析，生成网格变形图；
在所述网格变形图的基础上建立曲线线圈模型，形成织物变形模拟图。
2.根据权利要求1所述的一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法，其特征在于：所述织物密度分布图，具体为：将密度非均匀分布的纬编针织织物的设计图简称为织物密度分布图，织物密度分布图在织物结构意匠图的基础上结合织物密度改进而来,在代表线圈的单元格上涂以颜色，颜色与密度对应，其中，每种颜色所代表的组织均由相同结构和大小的线圈组合而成。
3.根据权利要求2所述的一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法，其特征在于：所述读取织物密度分布图，并将其转换为织物密度矩阵，具体为：将所述织物密度分布图进行数字化处理：将织物的线圈以矩阵元素的形式存储在矩阵中，矩阵中一个矩阵元素表示织物中对应位置上的一个线圈，定义该矩阵为织物密度矩阵ρ，
其中，i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n，ρi,j＝k表示织物中第i行第j列的类型为k的线圈，k＝1,2,…；类型相同的线圈其所在织物组织的密度相同，将其所在组织记为组织k,组织k对应一种织物密度，矩阵行数m,列数n分别表示织物在横向和纵向上的针数。
4.根据权利要求3所述的一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法，其特征在于：所述根据转换获得的织物密度矩阵确定织物弹簧—质点模型的初始状态，具体为：将织物以线圈为单位按照纵、横两个方向进行网格划分，将织物简化成二维网格图；
所述二维网格图纵、横方向的单元格个数对应织物纵、横方向的针数，单元格的高宽对应着理想线圈的线圈高度和线圈宽度；
选取二维网格图中单元格顶点作为质点，单元格的宽、高为结构弹簧的两种长度，单元格对角线长度为剪切弹簧的长度；在织物的弹簧-质点模型中，连接单元格水平和竖直方向的质点的弹簧为结构弹簧；连接矩形单元格对角线方向的质点的弹簧为剪切弹簧；
在织物的网格图中，不同密度的织物组织表现为不同大小的矩形单元格。根据密度矩阵ρ，确定织物第i行第j列的线圈的类型k值，根据线圈的类型k值来确定与其对应的线圈高度、线圈宽度，进一步确定质点的坐标，进而确定织物弹簧—质点模型的初始状态。
5.根据权利要求4所述的一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法，其特征在于：所述在所述织物弹簧—质点模型初始状态的基础上结合力学分析，生成网格变形图，包括：对质点进行受力分析，并建立微分方程；
选用Verlet积分方法对方程进行数值求解；
求解弹簧-质点模型获得质点在一定时间步长后的位置，生成网格变形图。
6.根据权利要求5所述一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法，其特征在于：所述在所述网格变形图的基础上建立曲线线圈模型，包括：采用NURBS曲线进行线圈形态模拟。
7.一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真系统，其特征在于，包括：
织物密度矩阵转换模块：用于读取织物密度分布图，并将其转换为织物密度矩阵；
初始状态确认模块：根据转换获得的织物密度矩阵确定织物弹簧-质点模型的初始状态；
网格变形图生成模块：在所述织物弹簧—质点模型初始状态的基础上结合力学分析，生成网格变形图；
织物变形模拟模块：在所述网格变形图的基础上建立曲线线圈模型，形成织物变形模拟图。
8.一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真终端，其特征在于，所述终端包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至6任一项所述的一种密度非均匀分布纬编针织物变形仿真方法。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114575024A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-06-03 | 福建永丰针纺有限公司 | 一种轻薄透气防晒衣面料及其纬编生产工艺 |
| CN114741745A (zh) * | 2022-06-10 | 2022-07-12 | 浙江理工大学 | 一种基于纱线动力学的纺织品成型模拟预测方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008242516A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-09 | Aichi Prefecture | 織物の３次元モデル構築方法及び織物の３次元モデル構築装置 |
| US20100023305A1 (en) * | 2006-11-21 | 2010-01-28 | Toyota Tsusho Corporation | Computer-readable recording medium which stores knitting structure model generation program,knitting structure model generation apparatus and knitting structure model generation method |
| CN102409463A (zh) * | 2010-09-26 | 2012-04-11 | 吴伯明 | 一种高纱线密度多层顶部织物及其回转壳体织物的织造方法 |
| CN104679958A (zh) * | 2015-03-12 | 2015-06-03 | 北京师范大学 | 基于弹簧模型的球b样条编针织物形变仿真的方法 |
| US20190382931A1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-19 | Nike, Inc. | Tool for design and fabrication of knitted components |
| CN112080842A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-15 | 浙江理工大学 | 一种针织物编织方法及其针织物 |
| CN112906085A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-04 | 上海青甲智能科技有限公司 | 一种针织纬编线圈三维仿真建模技术 |
-
2021
- 2021-08-02 CN CN202110880467.XA patent/CN113591312B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100023305A1 (en) * | 2006-11-21 | 2010-01-28 | Toyota Tsusho Corporation | Computer-readable recording medium which stores knitting structure model generation program,knitting structure model generation apparatus and knitting structure model generation method |
| JP2008242516A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-09 | Aichi Prefecture | 織物の３次元モデル構築方法及び織物の３次元モデル構築装置 |
| CN102409463A (zh) * | 2010-09-26 | 2012-04-11 | 吴伯明 | 一种高纱线密度多层顶部织物及其回转壳体织物的织造方法 |
| CN104679958A (zh) * | 2015-03-12 | 2015-06-03 | 北京师范大学 | 基于弹簧模型的球b样条编针织物形变仿真的方法 |
| US20190382931A1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-19 | Nike, Inc. | Tool for design and fabrication of knitted components |
| CN112534091A (zh) * | 2018-06-15 | 2021-03-19 | 耐克创新有限合伙公司 | 用于设计和制作针织部件的工具 |
| CN112080842A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-15 | 浙江理工大学 | 一种针织物编织方法及其针织物 |
| CN112906085A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-04 | 上海青甲智能科技有限公司 | 一种针织纬编线圈三维仿真建模技术 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| LIN SHI: "Residual crashworthiness of braided composite tube with transverse multi-impact damages: Experimental and numerical study", 《COMPOSITE STRUCTURES》, pages 1 - 13 * |
| XIAOYING CHENG: "Prediction of residual mechanical properties in flexure-after-impact of woven composite beams through electrical resistance measurement", 《COMPOSITE STRUCTURES》, pages 1 - 10 * |
| XIN RU: "A supporting system of jacquard circular knitting machine for knitting design and manufacturing", 《2016 12TH IEEE/ASME INTERNATIONAL CONFERENCE ON MECHATRONIC AND EMBEDDED SYSTEMS AND APPLICATIONS (MESA)》, pages 1 - 4 * |
| 汝欣: "纬编针织物几何建模及其算法", 《纺织学报》, pages 44 - 49 * |
| 汝欣: "长毛绒纬编针织物编织效果预测及其数字化设计", 《纺织学报》, pages 63 - 67 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114575024A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-06-03 | 福建永丰针纺有限公司 | 一种轻薄透气防晒衣面料及其纬编生产工艺 |
| CN114741745A (zh) * | 2022-06-10 | 2022-07-12 | 浙江理工大学 | 一种基于纱线动力学的纺织品成型模拟预测方法 |
| CN114741745B (zh) * | 2022-06-10 | 2022-09-16 | 浙江理工大学 | 一种基于纱线动力学的纺织品成型模拟预测方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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