JP2008242516A - Three-dimensional model construction method for woven fabric and three-dimensional model construction device for woven fabric - Google Patents

Three-dimensional model construction method for woven fabric and three-dimensional model construction device for woven fabric Download PDF

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Koichi Ota
幸一 太田
Tatsuji Ikeguchi
達治 池口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional model construction method for woven fabric and a three-dimensional model construction device for the woven fabric, for simulating deformation of the woven fabric when processing the woven fabric into a product shape. <P>SOLUTION: All the possible deformation conditions are applied to a given woven fabric standard in advance to create a database of two-axis deformation behavior, a target curved surface is converted into a Bezier curved surface from read CAD data of the product shape, and devided according to a division rule of the Bezier curved surface in each size of a woven fabric texture one cycle, a curvature in an area center point and a path length of a boundary line of each area is calculated to a minute area, a three-dimensional model is created by use of forward calculation technique, and a deformation state of each the minute portion is calculated. A result is integrated to obtain a distortion amount distribution of the whole curved surface. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、織物の3次元モデルを構築するための方法、及び織物の3次元モデルを構築するための装置に係り、詳しくは、織物を経糸方向と緯糸方向を同時に伸張した場合、あるいは織物を経糸方向と緯糸方向に同時に曲げた場合に、織物がどのように変形するかをシミュレーションすることが可能であり、織物を製品形状に加工した場合にどのように変形するかをシミュレーションすることが可能である織物の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に関する。   The present invention relates to a method for constructing a three-dimensional model of a woven fabric and an apparatus for constructing a three-dimensional model of the woven fabric, and more specifically, when the fabric is stretched in the warp direction and the weft direction simultaneously, It is possible to simulate how the fabric deforms when bent in the warp and weft directions at the same time, and it is possible to simulate how the fabric deforms when processed into a product shape The present invention relates to a three-dimensional model construction method and a three-dimensional model construction apparatus for textiles.

本発明の発明者らは、3次元コンピュータグラフィックスなどの特殊な知識を必要とせずに、織物限界密度の判定及びそれに基づいた製織の可能性を予測するための織物構造のモデル化方法及び織物構造のモデル化装置を開発し(特許文献1参照)、特許出願している。
また、3次元モデリングされた織物が、例えば指定した伸張率まで変形された場合に、織物構造の再計算を行ない、再計算された織物の3次元モデルを出力するための織物構造の3次元モデル化方法及び織物構造の3次元モデル化装置を開発し(特許文献2参照)、特許出願している。
The inventors of the present invention provide a method for modeling a fabric structure and a fabric for predicting the fabric limit density and predicting the possibility of weaving based on the determination of the fabric critical density without requiring special knowledge such as three-dimensional computer graphics. A structural modeling device has been developed (see Patent Document 1) and a patent application has been filed.
For example, when the three-dimensional modeled fabric is deformed to a specified stretch ratio, the fabric structure is recalculated and the recalculated fabric three-dimensional model is output. Has been developed (see Patent Document 2) and has applied for a patent.

上記特許文献2の織物構造の3次元モデル化方法及び織物構造の3次元モデル化装置は、織物を2軸方向同時に伸張した場合、あるいは織物を2軸方向同時に曲げた場合に、織物がどのように変形するかをシミュレーションする領域に至っていない。しかしながら、例えば自動車のシートや内装材などを設計する場合の最近の織物設計分野では、品質向上のために織物の変形特性を予測することが強く求められている。
特開2006−209706号公報 特開2006−274521号公報
The three-dimensional modeling method and the three-dimensional modeling apparatus for the fabric structure disclosed in Patent Document 2 describe how the fabric is formed when the fabric is stretched simultaneously in two axial directions or when the fabric is bent simultaneously in two axial directions. It has not yet reached the area for simulating whether to deform. However, in recent textile design fields, for example, when designing automobile seats and interior materials, it is strongly required to predict the deformation characteristics of the textile in order to improve quality.
JP 2006-209706 A JP 2006-274521 A

そこで本発明では、上記特許文献1の織物構造のモデル化方法及び織物構造のモデル化装置により3次元モデリングされた織物を2方向同時に伸張した場合、あるいは2方向同時に曲げた場合に、織物がどのように変形するかをシミュレーションすることが可能であり、織物を製品形状に加工した場合にどのように変形するかをシミュレーションすることが可能である織物の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を提供することを解決すべき課題とするものである。   Therefore, in the present invention, when the fabric modeled by the fabric structure modeling method and the fabric structure modeling device of Patent Document 1 is stretched in two directions at the same time or bent in two directions at the same time, 3D model construction method of fabric and 3D model of fabric, which can simulate how fabric is deformed when processed into product shape Providing a construction device is a problem to be solved.

上記課題は、特許請求の範囲の欄に記載した織物の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により解決することができ、その請求項1の織物の3次元モデル構築方法は、織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、織物を構成している各糸の形状の3次元モデリングを行う工程と、前記糸の形状が前記3次元モデリングにより集成された集合体としての織物の3次元モデルを出力する工程と、前記織物の3次元モデルを指定した経糸方向の伸張率ε1および緯糸方向の伸張率εまで2軸伸張させた場合の織物構造を再計算する工程と、前記再計算された織物の3次元モデルを出力する工程と、を有することである。 The above-mentioned problem can be solved by the fabric three-dimensional model construction method and the fabric three-dimensional model construction device described in the claims, and the fabric three-dimensional model construction method according to claim 1 The woven fabric is composed of the fabric standard data including at least one of the organization chart, the woven density of the fabric, and the thickness of the yarn, and the physical property data of the yarn including at least one of the tensile properties and the compressive properties of the yarn as input values. Performing a three-dimensional modeling of the shape of each of the yarns, outputting a three-dimensional model of the fabric as an aggregate of the yarn shapes assembled by the three-dimensional modeling, and a three-dimensional model of the fabric Recalculating the fabric structure when biaxially stretched to the specified warp direction elongation rate ε 1 and weft direction elongation rate ε 2 , and outputting the recalculated three-dimensional model of the fabric, It is to have.

また、請求項2は、前記2軸伸張させた場合の織物構造を再計算する工程は、変形前の前記織物の3次元モデルから各伸張方向の糸の織込率を計算し、各方向の伸張率が織込率以下の場合の第1の再計算処理と、各方向の伸張率が織込率以上の場合の第2の再計算処理とのいずれかを自動的に選択して再計算することである。   According to a second aspect of the present invention, the step of recalculating the fabric structure in the case of biaxial stretching calculates the yarn weaving rate in each stretching direction from the three-dimensional model of the fabric before deformation, Recalculate automatically by selecting either the first recalculation process when the stretch rate is less than or equal to the weaving rate and the second recalculation process when the stretch rate in each direction is greater than or equal to the weave rate It is to be.

また、請求項3は、前記第1の再計算処理は、織物の各方向の伸張率の増加に伴い織物中の各方向の伸張方向の糸が、屈曲構造から直線構造に移行するとともにクリンプ高さが低くなることから、各伸張方向に対して直交する糸が引っ張られ横方向に縮んでいく現象を踏まえて織物の3次元モデルを再計算することである。   According to a third aspect of the present invention, in the first recalculation process, as the stretch rate in each direction of the fabric increases, the yarn in the stretch direction of each direction in the fabric shifts from the bent structure to the linear structure and the crimp height increases. Therefore, the three-dimensional model of the woven fabric is recalculated on the basis of the phenomenon that the yarn orthogonal to each stretching direction is pulled and contracts in the transverse direction.

また、請求項4は、前記第2の再計算処理は、予め測定された糸の応力−ひずみ曲線を基に、織物の伸張率の増加に伴って各方向の糸の伸張率が増加する現象を踏まえて織物の3次元モデルを再計算することである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the second recalculation process, the yarn stretch rate in each direction increases with an increase in the fabric stretch rate, based on a yarn stress-strain curve measured in advance. Based on the above, the 3D model of the fabric is recalculated.

また、請求項5の織物の3次元モデル構築方法は、織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、織物を構成している各糸の形状の3次元モデリングを行う工程と、前記糸の形状が前記3次元モデリングにより集成された集合体としての織物の3次元モデルを出力する工程と、前記織物の3次元モデルを指定した経糸方向の曲率κまたは経糸方向の曲率半径1/κ、および緯糸方向の曲率κまたは緯糸方向の曲率半径1/κまで屈曲させた場合の織物構造を再計算する工程と、前記再計算された織物の3次元モデルを出力する工程と、を有することである。 The method for constructing a three-dimensional model of a woven fabric according to claim 5 includes a woven fabric structure chart, a woven fabric standard data including at least one of the woven density of the woven fabric, and the thickness of the yarn, and one of the tensile property and the compressive property of the yarn. A step of performing three-dimensional modeling of the shape of each yarn constituting the fabric using at least physical property data of the yarn including the input, and the fabric as an aggregate in which the shape of the yarn is assembled by the three-dimensional modeling A warp direction curvature κ 1 or warp direction curvature radius 1 / κ 1 , and a weft direction curvature κ 2 or a weft direction curvature radius 1. a step of recalculating the woven structure when bent up / kappa 2, and outputting the three-dimensional model of fabric the recalculated, is to have a.

また、請求項6の織物の3次元モデル構築方法は、指定された任意の曲面形状について、織物組織の基本単位構造を1単位として、経糸方向s1個、緯糸方向s2個からなる計s1×s2個の領域に分割する工程と、分割した各領域に対して請求項1または5に記載の織物構造のモデル化により変形させた状態を計算する工程と、これらを重ね合わせることにより前記指定された任意の曲面形状全体の変形状態、応力分布、歪み量分布を計算する工程と、前記計算された織物の任意の曲面形状全体の3次元モデル、応力分布、歪み量分布を出力する工程と、を有することである。 Also, three-dimensional model construction method of the fabric of claim 6, for any curved surface is specified, the basic unit structure of weave structure as a unit, the warp direction s 1 piece, total s consisting of two weft direction s A step of dividing the region into 1 × s 2 regions, a step of calculating a state in which the divided regions are deformed by modeling the woven fabric structure according to claim 1 or 5, and superimposing these The step of calculating the deformation state, stress distribution, and strain amount distribution of the entire specified arbitrary curved surface shape, and outputting the calculated three-dimensional model, stress distribution, and strain amount distribution of the entire arbitrary curved surface shape of the fabric. And having a process.

また、請求項7の織物の3次元モデル構築方法は、織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、任意の間隔で複数の経糸方向の伸張率ε1および複数の緯糸方向の伸張率εの組み合わせ時における2軸引張変形下、かつ、複数の経糸方向の曲率κまたは経糸方向の曲率半径1/κ、および複数の緯糸方向の曲率κまたは緯糸方向の曲率半径1/κの組み合わせ時における2軸純曲げ変形下にある織物の3次元モデルを複数生成し、これらの3次元モデルから応力および歪み量を計算し、これらの値をデータベースに蓄積するとともに、指定された任意の曲面形状について、織物組織の基本単位構造を1単位として経糸方向s1個、緯糸方向s2個からなる計s1×s2個の領域に分割し、分割した各領域に対して前記データベースから変形させた状態を計算し、これらを全領域について重ね合わせることにより指定された任意の曲面形状全体の変形状態、応力分布、歪み量分布を計算することである。 The method for constructing a three-dimensional model of a woven fabric according to claim 7 includes a woven fabric structure diagram, a woven fabric standard data including at least one of a woven density of the woven fabric, and a thickness of the yarn, and any one of a tensile property and a compressive property of the yarn. Under the biaxial tensile deformation at the time of a combination of a plurality of warp direction elongation ratios ε 1 and a plurality of weft direction elongation ratios ε 2 at an arbitrary interval with at least the physical property data of the yarns included as input values, Of a fabric under biaxial pure bending deformation when a combination of a warp direction curvature κ 1 or a warp direction curvature radius 1 / κ 1 and a plurality of weft direction curvature κ 2 or a weft direction curvature radius 1 / κ 2 A plurality of three-dimensional models are generated, stresses and strains are calculated from these three-dimensional models, these values are stored in a database, and the basic unit structure of the woven fabric structure for any specified curved surface shape. Warp direction s 1 piece as one unit, is divided into a total of s 1 × s 2 regions consisting of two weft direction s, the state of being deformed from the database calculated for each divided region, these This is to calculate the deformation state, the stress distribution, and the strain amount distribution of the entire arbitrary curved surface shape specified by superimposing the entire region.

また、請求項8の織物の3次元モデル構築装置は、織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、織物を構成している各糸の形状の3次元モデリングを行う3次元モデリング手段と、前記糸の形状が前記3次元モデリングにより集成された集合体としての織物の3次元モデルを出力する3次元モデル出力手段と、前記織物の3次元モデルを指定した経糸方向の伸張率ε1および緯糸方向の伸張率εまで2軸伸張させた場合の織物構造を再計算したうえ、前記再計算された織物の3次元モデルを出力する再計算3次元モデル出力手段と、を有することである。 The apparatus for constructing a three-dimensional model of a woven fabric according to claim 8 includes a woven fabric structure chart, a woven fabric standard data including at least one of a woven fabric density and a yarn thickness, and any one of a tensile property and a compressive property of the yarn. Three-dimensional modeling means for performing three-dimensional modeling of the shape of each yarn constituting the woven fabric using at least the physical property data of the yarn including the input value, and an assembly in which the shape of the yarn is assembled by the three-dimensional modeling A three-dimensional model output means for outputting a three-dimensional model of the woven fabric as a fabric, and a woven fabric in which the three-dimensional model of the woven fabric is biaxially stretched up to the specified warp direction elongation rate ε 1 and weft direction elongation rate ε 2 And a recalculated three-dimensional model output means for outputting the recalculated three-dimensional model of the fabric after recalculating the structure.

また、請求項9の織物の3次元モデル構築装置は、織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、織物を構成している各糸の形状の3次元モデリングを行う3次元モデリング手段と、前記糸の形状が前記3次元モデリングにより集成された集合体としての織物の3次元モデルを出力する3次元モデル出力手段と、前記織物の3次元モデルを指定した経糸方向の曲率κまたは経糸方向の曲率半径1/κ、および緯糸方向の曲率κまたは緯糸方向の曲率半径1/κまで屈曲させた場合の織物構造を再計算したうえ、前記再計算された織物の3次元モデルを出力する屈曲変形3次元モデル出力手段と、を有することである。 The apparatus for constructing a three-dimensional model of a woven fabric according to claim 9 is provided with at least one of a woven fabric structure diagram, a woven fabric density data, a woven fabric density data, and a yarn thickness, and a tensile property and a compressive property of the yarn. Three-dimensional modeling means for performing three-dimensional modeling of the shape of each yarn constituting the woven fabric using at least the physical property data of the yarn including the input value, and an assembly in which the shape of the yarn is assembled by the three-dimensional modeling A three-dimensional model output means for outputting a three-dimensional model of the woven fabric, and a curvature κ 1 in the warp direction or a curvature radius 1 / κ 1 in the warp direction and a curvature κ 2 in the weft direction specifying the three-dimensional model of the woven fabric. or after recalculating the woven structure when bent to a radius of curvature 1 / kappa 2 in the weft direction, have a, a bending deformation 3D model output means for outputting the three-dimensional model of the recalculated fabric It is to be.

また、請求項10の織物の3次元モデル構築装置は、指定された任意の曲面形状について、織物組織の基本単位構造を1単位として、経糸方向s1個、緯糸方向s2個からなる計s1×s2個の領域に分割する分割手段と、分割した各領域に対して請求項1または5に記載の織物構造のモデル化により変形させた状態を計算する変形状態計算手段と、これらを重ね合わせることにより前記指定された任意の曲面形状全体の変形状態、応力分布、歪み量分布を計算したうえ、前記計算された織物の任意の曲面形状全体の3次元モデル、応力分布、歪み量分布を出力する全域3次元モデル出力手段と、を有することである。 Further, the three-dimensional model constructing apparatus of the fabric of claim 10, for any curved surface is specified, the basic unit structure of weave structure as a unit, the warp direction s 1 piece, consisting of two weft direction s total s Dividing means for dividing the area into 1 × s 2 areas, deformation state calculating means for calculating a state in which each divided area is deformed by modeling the fabric structure according to claim 1 or 5, and By calculating the deformation state, stress distribution, and strain distribution of the entire specified curved surface shape by superimposing, the three-dimensional model, stress distribution, and strain distribution of the entire curved surface shape of the calculated fabric are calculated. A three-dimensional model output means for outputting the entire area.

また、請求項11の記録媒体は、請求項8に記載した3次元モデリング手段、3次元モデル出力手段、再計算3次元モデル出力手段を実行するためのソフトウエアプログラムを記録したものである。   A recording medium according to an eleventh aspect records a software program for executing the three-dimensional modeling means, the three-dimensional model output means, and the recalculated three-dimensional model output means described in the eighth aspect.

また、請求項12の記録媒体は、請求項9に記載した3次元モデリング手段、3次元モデル出力手段、屈曲変形3次元モデル出力手段を実行するためのソフトウエアプログラムを記録したものである。   A recording medium according to a twelfth aspect records a software program for executing the three-dimensional modeling means, the three-dimensional model output means, and the bending deformation three-dimensional model output means described in the ninth aspect.

本発明の織物の3次元モデル構築方法は、織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、織物を構成している各糸の形状の3次元モデリングを行う工程と、前記糸の形状が前記3次元モデリングにより集成された集合体としての織物の3次元モデルを出力する工程と、前記織物の3次元モデルを指定した経糸方向の伸張率ε1および緯糸方向の伸張率εまで2軸伸張させた場合の織物構造を再計算する工程と、前記再計算された織物の3次元モデルを出力する工程と、を有することにより、3次元モデリングされた織物を2方向同時に伸張した場合、織物がどのように変形するかをシミュレーションすることができる。 The method for constructing a three-dimensional model of a woven fabric according to the present invention includes a woven fabric chart, a woven fabric standard data including at least one of the woven density of the woven fabric, and a thickness of the yarn, and a yarn including at least one of a tensile property and a compressive property of the yarn. The three-dimensional modeling of the shape of each yarn constituting the woven fabric using the physical property data of the three-dimensional model as an input value, and the three-dimensional woven fabric as an aggregate in which the yarn shapes are assembled by the three-dimensional modeling Outputting a model, recalculating the fabric structure when the three-dimensional model of the fabric is biaxially stretched to the specified warp direction elongation rate ε 1 and weft direction elongation rate ε 2 , Outputting a calculated three-dimensional model of the fabric, and simulating how the fabric deforms when the three-dimensional modeled fabric is stretched simultaneously in two directions. Can do.

また、前記2軸伸張させた場合の織物構造を再計算する工程は、変形前の前記織物の3次元モデルから各伸張方向の糸の織込率を計算し、各方向の伸張率が織込率以下の場合の第1の再計算処理と、各方向の伸張率が織込率以上の場合の第2の再計算処理とのいずれかを自動的に選択して再計算することにより、3次元モデリングされた織物を2方向同時に伸張した場合、織物がどのように変形するかを良好に再計算することができる。   The step of recalculating the fabric structure in the case of biaxial stretching calculates the weaving rate of the yarn in each stretching direction from the three-dimensional model of the fabric before deformation, and the stretching rate in each direction is By automatically selecting and recalculating either the first recalculation process when the rate is less than the rate or the second recalculation process when the stretch rate in each direction is greater than or equal to the weaving rate, 3 When a dimensionally modeled fabric is stretched in two directions simultaneously, it can be well recalculated how the fabric deforms.

また、前記第1の再計算処理は、織物の各方向の伸張率の増加に伴い織物中の各方向の伸張方向の糸が、屈曲構造から直線構造に移行するとともにクリンプ高さが低くなることから、各伸張方向に対して直交する糸が引っ張られ横方向に縮んでいく現象を踏まえて織物の3次元モデルを再計算することにより、3次元モデリングされた織物を2方向同時に伸張した場合、織物がどのように変形するかを良好に再計算することができる。   Further, in the first recalculation process, as the stretch rate in each direction of the fabric increases, the yarn in the stretch direction in each direction in the fabric shifts from the bent structure to the linear structure and the crimp height decreases. From the case where the three-dimensional modeled fabric is stretched in two directions simultaneously by recalculating the three-dimensional model of the fabric based on the phenomenon that the yarn orthogonal to each stretching direction is pulled and contracts in the transverse direction, It can be recalculated well how the fabric is deformed.

また、前記第2の再計算処理は、予め測定された糸の応力−ひずみ曲線を基に、織物の伸張率の増加に伴って各方向の糸の伸張率が増加する現象を踏まえて織物の3次元モデルを再計算することにより、3次元モデリングされた織物を2方向同時に伸張した場合、織物がどのように変形するかを良好に再計算することができる。   In addition, the second recalculation process is based on a phenomenon in which the yarn elongation rate in each direction increases with an increase in the fabric elongation rate based on a pre-measured yarn stress-strain curve. By recalculating the three-dimensional model, it is possible to satisfactorily recalculate how the fabric deforms when the three-dimensional modeled fabric is stretched simultaneously in two directions.

また、本発明の織物の3次元モデル構築方法は、織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、織物を構成している各糸の形状の3次元モデリングを行う工程と、前記糸の形状が前記3次元モデリングにより集成された集合体としての織物の3次元モデルを出力する工程と、前記織物の3次元モデルを指定した経糸方向の曲率κまたは経糸方向の曲率半径1/κ、および緯糸方向の曲率κまたは緯糸方向曲率半径1/κまで屈曲させた場合の織物構造を再計算する工程と、前記再計算された織物の3次元モデルを出力する工程と、を有することにより、3次元モデリングされた織物を2方向同時に曲げた場合に、織物がどのように変形するかをシミュレーションすることができる。 The method for constructing a three-dimensional model of a woven fabric according to the present invention includes at least one of a fabric structure chart, a woven fabric standard data including at least one of a woven fabric density and a yarn thickness, and at least one of a tensile property and a compressive property of a yarn. The process of performing three-dimensional modeling of the shape of each yarn constituting the fabric using the physical property data of the yarn including the input value, and the fabric as an aggregate in which the shape of the yarn is assembled by the three-dimensional modeling A step of outputting a three-dimensional model; a warp direction curvature κ 1 or a warp direction curvature radius 1 / κ 1 , and a weft direction curvature κ 2 or a weft direction curvature radius 1 / κ. And a step of outputting a three-dimensional model of the recalculated woven fabric simultaneously, thereby bending the three-dimensional modeled woven fabric in two directions simultaneously. It is possible to simulate how the fabric deforms when curled.

また、本発明の織物の3次元モデル構築方法は、指定された任意の曲面形状について、織物組織の基本単位構造を1単位として、経糸方向s1個、緯糸方向s2個からなる計s1×s2個の領域に分割する工程と、分割した各領域に対して請求項1または5に記載の織物構造のモデル化により変形させた状態を計算する工程と、これらを重ね合わせることにより前記指定された任意の曲面形状全体の変形状態、応力分布、歪み量分布を計算する工程と、前記計算された織物の任意の曲面形状全体の3次元モデル、応力分布、歪み量分布を出力する工程と、を有することにより、3次元モデリングされた織物を2方向同時に伸張した場合、あるいは2方向同時に曲げた場合に、任意の曲面形状全体の織物がどのように変形するかをシミュレーションすることが可能であり、織物を製品形状に加工した場合にどのように変形するかをシミュレーションすることが可能である。 Further, the three-dimensional model construction method for a woven fabric according to the present invention is a total s 1 composed of a warp direction s 1 and a weft direction s 2 for a specified arbitrary curved surface shape, with the basic unit structure of the fabric structure as one unit. a step of dividing into × s 2 pieces of regions, calculating a state of being deformed by the modeling of the fabric structure according to claim 1 or 5 for each divided area, said by superimposing them A step of calculating a deformation state, a stress distribution and a strain distribution of the entire specified arbitrary curved surface shape, and a step of outputting a three-dimensional model, a stress distribution and a strain distribution of the calculated arbitrary curved surface shape of the fabric And simulating how the fabric of an arbitrary curved surface shape is deformed when a three-dimensional modeled fabric is stretched simultaneously in two directions or bent simultaneously in two directions. DOO are possible, it is possible to simulate or disfigure how when processed fabric product shape.

また、本発明の織物の3次元モデル構築方法は、織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、任意の間隔で複数の経糸方向の伸張率ε1および複数の緯糸方向の伸張率εの組み合わせ時における2軸引張変形下、かつ、複数の経糸方向の曲率κまたは経糸方向の曲率半径1/κ、および複数の緯糸方向の曲率κまたは緯糸方向の曲率半径1/κの組み合わせ時における2軸純曲げ変形下にある織物の3次元モデルを複数生成し、これらの3次元モデルから応力および歪み量を計算し、これらの値をデータベースに蓄積するとともに、指定された任意の曲面形状について、織物組織の基本単位構造を1単位として経糸方向s1個、緯糸方向s2個からなる計s1×s2個の領域に分割し、分割した各領域に対して前記データベースから変形させた状態を計算し、これらを全領域について重ね合わせることにより指定された任意の曲面形状全体の変形状態、応力分布、歪み量分布を計算することにより、3次元モデリングされた織物を2方向同時に伸張した場合、あるいは2方向同時に曲げた場合に、織物がどのように変形するかをシミュレーションすることが可能であり、織物を製品形状に加工した場合の曲面形状全体の変形状態、応力分布、歪み量分布をシミュレーションすることが可能である。 The method for constructing a three-dimensional model of a woven fabric according to the present invention includes at least one of a fabric structure chart, a woven fabric standard data including at least one of a woven fabric density and a yarn thickness, and at least one of a tensile property and a compressive property of a yarn. Biaxial tensile deformation at a combination of a plurality of warp direction elongation ratios ε 1 and a plurality of weft direction elongation ratios ε 2 at an arbitrary interval and a plurality of warp threads 3 of the fabric under biaxial pure bending deformation in the combination of the curvature κ 1 in the direction or the curvature radius 1 / κ 1 in the warp direction and the curvature κ 2 in the plurality of weft directions or the curvature radius 1 / κ 2 in the weft direction Generate multiple dimensional models, calculate stress and strain from these 3D models, store these values in the database, and create the basic unit structure of the woven fabric structure for any specified curved surface shape. Warp direction s 1 pieces as a unit, is divided into a total of s 1 × s 2 regions consisting of two weft direction s, the state of being deformed from the database calculated for each region obtained by dividing, these total When a three-dimensional modeled fabric is stretched in two directions at the same time or bent in two directions at the same time by calculating the deformation state, stress distribution, and strain distribution of the entire curved surface specified by overlapping the regions. In this case, it is possible to simulate how the fabric is deformed, and it is possible to simulate the deformation state, stress distribution, and strain distribution of the entire curved surface shape when the fabric is processed into a product shape. .

また、本発明の織物の3次元モデル構築装置は、織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、織物を構成している各糸の形状の3次元モデリングを行う3次元モデリング手段と、前記糸の形状が前記3次元モデリングにより集成された集合体としての織物の3次元モデルを出力する3次元モデル出力手段と、前記織物の3次元モデルを指定した経糸方向の伸張率ε1および緯糸方向の伸張率εまで2軸伸張させた場合の織物構造を再計算したうえ、前記再計算された織物の3次元モデルを出力する再計算3次元モデル出力手段と、を有することにより、3次元モデリングされた織物を2方向同時に伸張した場合、織物がどのように変形するかをシミュレーションすることができる。 Further, the three-dimensional model construction apparatus for a woven fabric according to the present invention includes at least one of a woven fabric structure chart, a woven fabric density data, a woven fabric density data, and a yarn thickness, and at least one of a tensile property and a compressive property of the yarn. Three-dimensional modeling means for performing three-dimensional modeling of the shape of each yarn constituting the woven fabric using the physical property data of the yarn including the input value, and an aggregate in which the shape of the yarn is assembled by the three-dimensional modeling A three-dimensional model output means for outputting a three-dimensional model of the woven fabric, and a woven fabric structure in which the three-dimensional model of the woven fabric is biaxially stretched to the specified warp direction elongation rate ε 1 and weft direction elongation rate ε 2 And recalculating the three-dimensional model output means for outputting the recalculated three-dimensional model of the fabric, thereby simultaneously stretching the three-dimensional modeled fabric in two directions. If so, it can be simulated how the fabric is deformed.

また、本発明の織物の3次元モデル構築装置は、織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、織物を構成している各糸の形状の3次元モデリングを行う3次元モデリング手段と、前記糸の形状が前記3次元モデリングにより集成された集合体としての織物の3次元モデルを出力する3次元モデル出力手段と、前記織物の3次元モデルを指定した経糸方向の曲率κまたは経糸方向の曲率半径1/κ、および緯糸方向の曲率κまたは緯糸方向の曲率半径1/κまで屈曲させた場合の織物構造を再計算したうえ、前記再計算された織物の3次元モデルを出力する屈曲変形3次元モデル出力手段と、を有することにより、3次元モデリングされた織物を2方向同時に曲げた場合に、織物がどのように変形するかをシミュレーションすることができる。 Further, the three-dimensional model construction apparatus for a woven fabric according to the present invention includes at least one of a woven fabric structure chart, a woven fabric density data, a woven fabric density data, and a yarn thickness, and at least one of a tensile property and a compressive property of the yarn. Three-dimensional modeling means for performing three-dimensional modeling of the shape of each yarn constituting the woven fabric using the physical property data of the yarn including the input value, and an aggregate in which the shape of the yarn is assembled by the three-dimensional modeling A three-dimensional model output means for outputting a three-dimensional model of the fabric, a warp direction curvature κ 1 or a warp direction curvature radius 1 / κ 1 , and a weft direction curvature κ 2, A bending deformation three-dimensional model output means for outputting a three-dimensional model of the re-calculated fabric after re-calculating the fabric structure when bent to a curvature radius of 1 / κ 2 in the weft direction. Thus, it is possible to simulate how the fabric is deformed when the three-dimensional modeled fabric is bent simultaneously in two directions.

また、本発明の織物の3次元モデル構築装置は、指定された任意の曲面形状について、織物組織の基本単位構造を1単位として、経糸方向s1個、緯糸方向s2個からなる計s1×s2個の領域に分割する分割手段と、分割した各領域に対して請求項1または5に記載の織物構造のモデル化により変形させた状態を計算する変形状態計算手段と、これらを重ね合わせることにより前記指定された任意の曲面形状全体の変形状態、応力分布、歪み量分布を計算したうえ、前記計算された織物の任意の曲面形状全体の3次元モデル、応力分布、歪み量分布を出力する全域3次元モデル出力手段と、を有することにより、織物を製品形状に加工した場合の曲面形状全体の変形状態、応力分布、歪み量分布をシミュレーションすることができる。 Also, three-dimensional model constructing apparatus fabric of the present invention, for any curved surface is specified, the basic unit structure of weave structure as a unit, the warp direction s 1 piece, total consisting of two weft direction s s 1 overlapping dividing means for dividing the × s 2 pieces of regions, and a deformed state calculating means for calculating a state of being deformed by the modeling of the fabric structure according to claim 1 or 5 for each divided region, these By calculating the deformation state, stress distribution, and strain distribution of the entire specified curved surface shape by combining the three-dimensional model, stress distribution, and strain distribution of the entire curved surface shape of the calculated fabric. By having the whole area three-dimensional model output means for outputting, it is possible to simulate the deformation state, stress distribution, and strain amount distribution of the entire curved surface shape when the fabric is processed into a product shape.

また、3次元モデリング手段、3次元モデル出力手段、再計算3次元モデル出力手段を実行するためのソフトウエアプログラムを記録した記録媒体によれば、3次元モデリングにより集成された織物が2方向同時に伸張された場合、織物がどのように変形するかを汎用コンピュータ等でシミュレーションすることができる。   Further, according to the recording medium on which the software program for executing the three-dimensional modeling means, the three-dimensional model output means, and the recalculated three-dimensional model output means is recorded, the woven fabric assembled by the three-dimensional modeling is simultaneously expanded in two directions. In such a case, how the fabric is deformed can be simulated by a general-purpose computer or the like.

また、3次元モデリング手段、3次元モデル出力手段、屈曲変形3次元モデル出力手段を実行するためのソフトウエアプログラムを記録した記録媒体によれば、3次元モデリングにより集成された織物が2方向同時に屈曲された場合、織物がどのように変形するかを汎用コンピュータ等でシミュレーションすることができる。   According to the recording medium on which the software program for executing the three-dimensional modeling means, the three-dimensional model output means, and the bending deformation three-dimensional model output means is recorded, the woven fabric assembled by the three-dimensional modeling is bent in two directions simultaneously. In such a case, how the fabric is deformed can be simulated by a general-purpose computer or the like.

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の織物の3次元モデル構築装置の構成について図1を参照して説明する。
図1に示すように、コンピュータ1は、周知のコンピュータであり、コンピュータ1の制御を司るCPU50が設けられている。このCPU50には、バス55を介し、CPU50が実行するBIOS等のプログラムを記憶したROM51と、データを一時的に記憶するRAM52と、データの記憶媒体であるCD−ROM54を挿入し、データの読み込みを行うCD−ROMドライブ53と、データの記憶装置であるHDD60とが接続されている。HDD60には、モデリングプログラムを始めとするコンピュータ1で実行される各種のプログラムを記憶するプログラム記憶エリア61、プログラムを実行する際に入力される各種データ等の情報を記憶したデータベース記憶エリア62などが設けられている。
Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the structure of the three-dimensional model construction apparatus for fabric according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the computer 1 is a well-known computer and is provided with a CPU 50 that controls the computer 1. The CPU 50 is inserted with a ROM 51 storing a program such as a BIOS executed by the CPU 50, a RAM 52 temporarily storing data, and a CD-ROM 54 which is a data storage medium via the bus 55 to read the data. Are connected to a CD-ROM drive 53 that performs data storage and an HDD 60 that is a data storage device. The HDD 60 includes a program storage area 61 that stores various programs executed by the computer 1 including a modeling program, and a database storage area 62 that stores information such as various data input when the program is executed. Is provided.

さらに、CPU50には、バス55を介して、利用者に操作画面やプログラムの実行結果を表示するためのモニタ31の画面表示処理を行う表示制御部30と、利用者が操作の入力を行うキーボード41やマウス42に接続され、それらの入力の検知を行う入力検知部40とが接続されている。
なお、コンピュータ1には、図示外のフレキシブルディスクドライブ、音声等の入出力部、各種インタフェースなどが設けられていても良い。
Further, the CPU 50 includes a display control unit 30 that performs screen display processing of the monitor 31 for displaying the operation screen and the execution result of the program to the user via the bus 55, and a keyboard on which the user inputs an operation. 41 and a mouse 42, and an input detection unit 40 that detects these inputs is connected.
The computer 1 may be provided with a flexible disk drive (not shown), an input / output unit for voice, various interfaces, and the like.

なお、CD−ROM54には、必要なプログラムが組み込まれたソフトウェアや、このプログラムの実行時に使用される設定やデータ等が記憶されており、導入時には、CD−ROM54からHDD60に設けられたプログラム記憶エリア61などに記憶されるようになっている。
なお、コンピュータ1のプログラム及びその使用データ等の取得方法はCD−ROM54によるものに限らず、フレキシブルディスクやMOといった他の記録媒体であっても良く、また、コンピュータ1をネットワークに接続させ、ネットワーク上の他の端末から取得しても良い。
The CD-ROM 54 stores software in which necessary programs are incorporated, settings and data used when executing the programs, and program storage provided from the CD-ROM 54 to the HDD 60 at the time of introduction. It is stored in the area 61 or the like.
The method for acquiring the program of the computer 1 and its usage data is not limited to the method using the CD-ROM 54, but may be another recording medium such as a flexible disk or an MO. You may acquire from other terminals above.

次に、以上の構成を有するコンピュータ1において、織物立体構造を表示させるための3次元モデル化処理について、図を参照しながら説明する。
なお、図2は、織物構造の3次元モデル化処理の流れを示すフローチャートであり、図3は、Peirceモデルにおける交錯点における糸の断面の状態を示す説明図である。
Next, a three-dimensional modeling process for displaying the fabric three-dimensional structure in the computer 1 having the above configuration will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the three-dimensional modeling process of the woven structure, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing the state of the cross section of the yarn at the intersection point in the Peirce model.

一般に、3次元コンピュータグラフィックスで物体の立体形状を表現するには、第1段階として、対象となる物体を点や線、多角形(ポリゴン)などの幾何学的基本要素群に分割し、それぞれの基本要素の3次元空間における座標群を決定する処理が必要となる。その後、第2段階として、この3次元空間の座標群を2次元空間上に変換して表現する処理を行う。前者の処理をモデリングと呼び、後者の処理をレンダリングと呼ぶ。   In general, to represent the three-dimensional shape of an object with 3D computer graphics, the first step is to divide the object into geometric basic elements such as points, lines, and polygons (polygons). A process for determining a coordinate group of the basic elements in the three-dimensional space is required. Thereafter, as a second stage, a process of converting and expressing the coordinate group of the three-dimensional space on the two-dimensional space is performed. The former process is called modeling, and the latter process is called rendering.

織物組織図から織物を構成している経緯糸の形状を立体的に表現するには、図2に示すように、織物組織図101と糸の太さ102、織密度103、縞104などの織物規格105に関する情報を元に、構成する経緯糸1本ごとに対して織物中での座標を確定しモデリング処理106を行い、織物の3次元形状モデル107を得る。その後、3次元形状モデルを表示する視点121やモデルの回転角度122、光源123などの表示に関する座標情報124を与え、レンダリング処理125を行うことで、立体形状画像130として表現が可能となる。   In order to three-dimensionally express the shape of the warp and weft constituting the woven fabric from the woven fabric diagram, as shown in FIG. 2, a woven fabric having a woven fabric diagram 101, a yarn thickness 102, a woven density 103, a stripe 104, and the like. Based on the information about the standard 105, the coordinates in the woven fabric are determined for each warp yarn to be configured and the modeling process 106 is performed to obtain a three-dimensional shape model 107 of the woven fabric. After that, by giving the coordinate information 124 regarding the display of the viewpoint 121 for displaying the three-dimensional shape model, the rotation angle 122 of the model, the light source 123, and the like, and performing the rendering process 125, the three-dimensional shape image 130 can be expressed.

3次元コンピュータグラフィックスでモデリング処理106を行う場合、複数の多角形の組み合わせでモデルを表現するポリゴンモデルの他、スプライン曲線によってモデルを表現する方法、ベジェ曲線やベジェ曲面によりモデルを表現する方法など、様々な方法が存在する。ここでは、比較的少ないパラメータで表現することができる3次ベジェ曲面によるモデル化手法を採用した。   When the modeling process 106 is performed using three-dimensional computer graphics, in addition to a polygon model that expresses a model by combining a plurality of polygons, a method that expresses a model by a spline curve, a method that expresses a model by a Bezier curve or a Bezier curved surface, or the like. There are various ways. Here, a modeling method using a cubic Bézier surface that can be expressed with relatively few parameters is adopted.

この際、モデル構造を表す座標系は、組織図の左下の組織点を座標の原点として考え、緯糸方向がx軸、経糸方向がy軸、厚さ方向がz軸方向となる右手系の座標系として取り扱い、織物の厚さhに対して中間面となる平面がx−y平面となるように考える。経糸は左から右に、緯糸は下から上に順番に整列しているものとし、左端の経糸および下端の緯糸はそれぞれ0番目の経糸および緯糸と考え、それぞれの糸の位置をiおよびjで表す。組織図の情報を表す行列をW (i, j)と定義する。モデリングの対象となる組織として、経糸m本、緯糸n本で一循環組織となる組織図を用いる場合、行列の添字の範囲は0≦i<m, 0≦j<nとなる。また、行列の値には、経浮きの場合には1の値を、経沈みの場合は0の値をとる。   At this time, the coordinate system representing the model structure is the right-handed coordinate system in which the lower left tissue point of the organization chart is considered as the origin of coordinates, the weft direction is the x axis, the warp direction is the y axis, and the thickness direction is the z axis direction. The system is handled as a system, and the plane that is the intermediate plane with respect to the fabric thickness h is considered to be the xy plane. The warp yarns are arranged in order from left to right, and the weft yarns are arranged in order from bottom to top.The leftmost warp and the lower weft are considered to be the 0th warp and weft, respectively. To express. The matrix that represents the organization chart information is defined as W (i, j). In the case of using a structure chart in which one circulation structure is composed of m warps and n wefts as the structure to be modeled, the ranges of the matrix subscripts are 0 ≦ i <m and 0 ≦ j <n. In addition, the value of the matrix takes a value of 1 in the case of elevating, and takes a value of 0 in the case of erecting.

モデリング処理106の前提条件として、織物中の糸の構造は、Peirceモデル(Peirce F.T.; "The Geometry of Cloth Structure", J. Text. Inst., 28, T45 (1937))の構造を取るものと仮定する。ここで、Peirceは織物中の経糸および緯糸の太さは、それぞれすべて同じであるとして取り扱っているが、本実施の形態では、図3に示すように、織物の設計条件に従い任意の太さの糸が用いられているものとして考え、左からi番目の経糸の半径をr1(i)、下からj番目の緯糸の半径をr2(j)で表すものとする。同様に経糸および緯糸の直径は、それぞれd1(i)、d2(j)で表す。また、経糸の間隔および緯糸の間隔は、それぞれP1およびP2と表すものとする。   As a precondition for the modeling process 106, the yarn structure in the woven fabric has the structure of the Peirce model (Peirce FT; "The Geometry of Cloth Structure", J. Text. Inst., 28, T45 (1937)). Assume. Here, Peirce treats the warp and weft in the woven fabric as having the same thickness, but in the present embodiment, as shown in FIG. Considering that the yarn is used, the radius of the i-th warp from the left is represented by r1 (i), and the radius of the j-th weft from the bottom is represented by r2 (j). Similarly, the diameters of the warp and the weft are represented by d1 (i) and d2 (j), respectively. Further, the warp interval and the weft interval are expressed as P1 and P2, respectively.

さて、織物中の糸をベジェ曲面で表現する場合、糸の断面はベジェ曲線で表すことになる。媒介変数tを用いた n次ベジェ曲線r0(t;n)は、次式(1)で表現することができる。

ここで、Cn・iは2項係数であり、n!/{i!(n-i)!}に等しい。また、piはベジェ曲線の制御点座標を示すベクトルであり、3次元空間ではpi(x,y,z)であり、r0の添字0は最初の制御点がp0であることを示している。最も用いられることの多い3次のベジェ曲線r0(t;3)は、

と表現され、1つの曲線を表現するためにp0、p1、p2、p3の4点の制御点を与える必要がある。
Now, when the yarn in the fabric is represented by a Bezier curved surface, the cross section of the yarn is represented by a Bezier curve. An nth-order Bezier curve r0 (t; n) using a parameter t can be expressed by the following equation (1).

Here, Cn · i is a binomial coefficient and is equal to n! / {I! (Ni)!}. Also, pi is a vector indicating the control point coordinates of the Bezier curve, and is pi (x, y, z) in the three-dimensional space, and the subscript 0 of r0 indicates that the first control point is p0. The most frequently used cubic Bezier curve r0 (t; 3) is

It is necessary to give four control points p0, p1, p2 and p3 to express one curve.

一方、媒介変数uおよびvを用いた3×3次のベジェ曲面s00(u,v;3,3)は、次式で表現される。

ここで、pi,jはベジェ曲線の場合と同様、ベジェ曲面の制御点座標であり、s00の添字00は最初の制御点がp0,0であることを示している。4辺よりなる1つの曲面を表現するためには4×4の制御点群が必要となる。従って、Peirceモデルにおける単位格子内の糸の屈曲を表現するには、12枚のベジェ曲面が必要となり、120点の座標点を用い192点の制御点の座標を指定しベジェ曲面を作成することで、織物中での糸の立体形状を決定することが可能となる。
On the other hand, a 3 × 3 order Bezier curved surface s00 (u, v; 3,3) using parameters u and v is expressed by the following equation.

Here, pi, j is the control point coordinates of the Bezier curved surface as in the case of the Bezier curve, and the subscript 00 of s00 indicates that the first control point is p0,0. In order to express one curved surface consisting of four sides, a 4 × 4 control point group is required. Therefore, 12 bezier surfaces are required to express the bending of the thread in the unit cell in the Peirce model, and the coordinates of 192 control points are specified using 120 coordinate points, and a Bezier surface is created. Thus, the three-dimensional shape of the yarn in the woven fabric can be determined.

以上を前提として、3次ベジェ曲面によりモデリング処理106を実行する処理の詳細について図4および図5を参照して説明する。
図4は、図2のモデリング処理106の詳細を示すフローチャートであり、図5は、交錯点における糸の断面の状態を示す説明図である。
Based on the above, the details of the processing for executing the modeling processing 106 using a cubic Bezier surface will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a flowchart showing details of the modeling process 106 of FIG. 2, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing the state of the cross section of the yarn at the intersection point.

まず、ベジェ曲面を用いて糸の屈曲状態を示すには、組織点(i, j)における糸の座標をあらかじめ求め、この座標からベジェ曲面の制御点座標群を求める必要がある。特に、組織点(i, j)における糸のz座標については、組織図の情報に従い糸の上下関係を決めなければならない。そこで、まず、経糸のx座標x1 (i, j)、y座標y1 (i, j)、緯糸のx座標x2 (i, j)およびy座標y2 (i, j)を求める(S201)。ここで、i番目の経糸とi-1番目の経糸との間隔をP1(i)、j番目の緯糸とj-1番目の緯糸との間隔をP2(j)とおく。組織点(i, j)における経糸のx座標x1 (i, j)、y座標y1 (i, j)、緯糸のx座標x2 (i, j)およびy座標y2 (i, j)は、それぞれ次式で表すことができる。
First, in order to indicate the bending state of a thread using a Bezier curved surface, it is necessary to obtain the coordinates of the thread at the tissue point (i, j) in advance, and obtain the control point coordinate group of the Bezier curved surface from these coordinates. In particular, regarding the z coordinate of the yarn at the texture point (i, j), the vertical relationship of the yarn must be determined according to the information of the texture chart. Therefore, first, the x coordinate x1 (i, j), the y coordinate y1 (i, j) of the warp, the x coordinate x2 (i, j) and the y coordinate y2 (i, j) of the weft are obtained (S201). Here, the interval between the i-th warp and the i-1th warp is P1 (i), and the interval between the jth weft and the j-1 weft is P2 (j). The warp x coordinate x1 (i, j), y coordinate y1 (i, j), weft x coordinate x2 (i, j) and y coordinate y2 (i, j) at the tissue point (i, j) are respectively It can be expressed by the following formula.

一方、組織点(i, j)における糸のz座標については、三原組織などの平面的な織物であるか、二重織などの多層構造組織や、蜂巣織のような立体的な構造を持つ組織であるかにより異なる。後者の場合には、浮き糸組織数の大小が糸の高さに影響を及ぼしているためである。そこで、z座標を求める前に、まず、浮き糸組織数から相対高さの計算を行い(S202)、この算出結果に従って組織点における制御点座標を算出する。   On the other hand, the z coordinate of the yarn at the texture point (i, j) is a flat woven fabric such as a Mihara texture, or a multi-layered structure such as a double weave, or a three-dimensional structure such as a honeycomb weave. It depends on whether it is an organization. This is because, in the latter case, the number of floating yarn structures affects the yarn height. Therefore, before obtaining the z-coordinate, first, the relative height is calculated from the number of floating yarn structures (S202), and the control point coordinates at the structure point are calculated according to the calculation result.

i番目の経糸の浮き糸組織数F1(i)は次式で求められ、F1は各要素が0からnの間の整数値をとる数列となる。
The number F1 (i) of the floating yarn structure of the i-th warp is obtained by the following equation, and F1 is a sequence in which each element takes an integer value between 0 and n.

一方、織物中の相対高さをH1(i)とすると、H1(i)は数列F1より次式で求められる。

ここで、min(s)は数列sの最小値、max(s)は最大値を返す関数である。式(7)はmax(F1) ≠min(F1)の場合で有効であるが、max(F1)=min(F1)の場合は織物中の全経糸の相対高さが同じであると考えることができるので、

と考えることができる。求められる相対高さH1(i)の範囲は-0.5≦H1(i) ≦0.5となり、織物の厚さhから次式で織物中の糸の高さh1(i)を求めることができる。
On the other hand, assuming that the relative height in the fabric is H1 (i), H1 (i) is obtained from the sequence F1 by the following equation.

Here, min (s) is a function that returns the minimum value of the sequence s, and max (s) is a function that returns the maximum value. Equation (7) is valid when max (F1) ≠ min (F1), but when max (F1) = min (F1), it is considered that the relative height of all warps in the fabric is the same. So you can

Can be considered. The range of the relative height H1 (i) to be obtained is −0.5 ≦ H1 (i) ≦ 0.5, and the yarn height h1 (i) in the fabric can be obtained from the thickness h of the fabric by the following equation.

また、緯糸の場合も経糸と同様に、j番目の緯糸の浮き糸組織数をF2(j)は、

となり、織物中の緯糸の相対高さH2(j)は、max(F2)≠min(F2)の場合、

max(F2)=min(F2)の場合、

となる。また、織物中の緯糸の高さh2(j)は、次式のように求められる。
Also, in the case of wefts, as with warps, the number of floating yarn structures of the jth weft is F2 (j)

And the relative height H2 (j) of the weft in the fabric is max (F2) ≠ min (F2)

When max (F2) = min (F2)

It becomes. Further, the height h2 (j) of the weft in the woven fabric is obtained as follows.

以上のようにして求められた糸の高さに基づき、織物中のすべての糸が同じ高さであるか、すなわち平面的な織物であるか否かを判断する(S203)。すべての糸が同じ高さである場合は(S203:YES)、組織点(i, j)における経糸のz座標z1 (i, j)および緯糸のz座標z2 (i, j)は、図5に示すように、織物の厚さhに対して中間面となるx−y平面から経糸の糸軸中心までの距離は緯糸の半径r2に相当するので、次の式(14)および式(15)から組織点(i, j)における糸のz座標を求めることが可能である(S204)。

ここで、sgn(x)はsgn(x) = {1 (x>0)} , {-1 (x<0)} で定義される符号関数である。
Based on the yarn height obtained as described above, it is determined whether or not all the yarns in the woven fabric have the same height, that is, a flat woven fabric (S203). When all the yarns have the same height (S203: YES), the z-coordinate z1 (i, j) of the warp at the texture point (i, j) and the z-coordinate z2 (i, j) of the weft are shown in FIG. As shown in FIG. 5, the distance from the xy plane, which is an intermediate surface with respect to the fabric thickness h, to the center of the yarn axis of the warp yarn corresponds to the radius r2 of the weft yarn, so the following equations (14) and (15 ) To obtain the z coordinate of the yarn at the texture point (i, j) (S204).

Here, sgn (x) is a sign function defined by sgn (x) = {1 (x> 0)}, {-1 (x <0)}.

一方、織物中で糸の高さが異なる場合は(S203:NO)、上記式(14)および式(15)からは糸のz座標を求めることができなくなる。そこで、S202で求めた織物中の経糸の高さh1(i)および緯糸の高さh2(j)を用いて糸のz座標を求める必要がある。   On the other hand, when the yarn height is different in the woven fabric (S203: NO), the z coordinate of the yarn cannot be obtained from the above equations (14) and (15). Therefore, it is necessary to obtain the z coordinate of the yarn using the warp height h1 (i) and the weft height h2 (j) in the fabric obtained in S202.

まず、組織点(i, j)において、交錯するi番目の経糸とj番目の緯糸の高さが同じであるか否かを判断する(S205)。i番目の経糸とj番目の緯糸の高さが同じである場合、すなわち、h1(i)=h2(j)の場合には(S205:YES)、経糸のz座標z1 (i, j)および緯糸のz座標z2 (i, j)は式(14)および式(15)より、以下の式(16)及び(17)のようになる。
First, at the texture point (i, j), it is determined whether or not the heights of the i-th warp and the j-th weft are the same (S205). When the heights of the i-th warp and the j-th weft are the same, that is, when h1 (i) = h2 (j) (S205: YES), the z-coordinate z1 (i, j) of the warp and The z coordinate z2 (i, j) of the weft is expressed by the following equations (16) and (17) from the equations (14) and (15).

また、交錯するi番目の経糸とj番目の緯糸の高さが異なる場合、すなわち、h1(i)≠h2(j)の場合には(S205:NO)、まず、S202で求めた糸の相対高さと、当該経糸及び緯糸の半径との間の関係を調べることにより、糸の干渉が発生している可能性をチェックする(S207)。ここでは、次式が成り立つ場合、経糸と緯糸は干渉していないと考えることができる(S207:YES)。
Further, when the heights of the i-th warp and the j-th weft are different, that is, when h1 (i) ≠ h2 (j) (S205: NO), first, the relative of the yarn obtained in S202 is determined. By checking the relationship between the height and the radius of the warp and the weft, it is checked whether a yarn interference has occurred (S207). Here, when the following equation holds, it can be considered that the warp and the weft do not interfere (S207: YES).

式(18)が成り立つ場合には(S207:YES)、次に、組織図上の経糸と緯糸の上下関係と、S202で求めた糸の相対高さとが一致しているかどうかを、行列W (i, j)の値と相対高さの値の差との関係を調べることにより判断する(S208,S209,S210)。   If the equation (18) is satisfied (S207: YES), then the matrix W (whether or not the vertical relationship between the warp and the weft on the organization chart and the relative height of the yarn determined in S202 are the same. Judgment is made by examining the relationship between the value of i, j) and the difference in relative height (S208, S209, S210).

式(18)が成り立つ場合において、経浮き、すなわちW (i, j)=1(S208:YES)かつ、経糸の高さが緯糸より高い、すなわちh1(i)>h2(j)の場合(S209:YES)、または、緯浮き、すなわちW (i, j)=0(S208:NO)、かつ、緯糸の高さが経糸より高い、すなわちh1(i)<h2(j)の場合(S210:YES)には、組織図で指定された糸の上下関係とh1(i)とh2(j)の大小関係が一致しているといえる。従って、h1(i)およびh2(j)をそれぞれ経糸および緯糸のz座標とすれば良く(S211)、次式で表すことができる。
When Formula (18) is satisfied, when warp floats, that is, W (i, j) = 1 (S208: YES) and the height of the warp is higher than the weft, that is, h1 (i)> h2 (j) ( S209: YES) or weft floating, ie, W (i, j) = 0 (S208: NO), and the height of the weft is higher than the warp, that is, h1 (i) <h2 (j) (S210 : YES), it can be said that the vertical relationship of the yarns specified in the organization chart and the magnitude relationship of h1 (i) and h2 (j) match. Accordingly, h1 (i) and h2 (j) may be set as the z-coordinates of the warp and the weft, respectively (S211), and can be expressed by the following equation.

上記の条件以外では(S208:NO,S210:NO、または、S208:YES,S209:NO)、経糸と緯糸は干渉しているか、組織図で指定された上下関係とは逆の位置関係となっているので、干渉が発生しているかどうかの判定と、発生していた場合は、干渉回避処理を実行する干渉判定・回避処理(S212、S213)に進む。
なお、干渉判定・回避処理の詳細については、既に出願済みの特許(特願2005−24609)で詳しく説明しているので、ここではその説明を省略する。そして、モデリング処理を完了して図2の処理に戻る。
Except for the above conditions (S208: NO, S210: NO, or S208: YES, S209: NO), the warp and the weft interfere with each other, or the positional relationship is opposite to the vertical relationship specified in the organization chart. Therefore, the process proceeds to the determination of whether or not interference has occurred, and to the interference determination / avoidance process (S212, S213) for executing the interference avoidance process if it has occurred.
The details of the interference determination / avoidance process are described in detail in the already filed patent application (Japanese Patent Application No. 2005-24609), and the description thereof is omitted here. Then, the modeling process is completed and the process returns to the process of FIG.

次に、3次元モデリングされた織物を引張り及び曲げた場合の変形シミュレーションの説明に移る前に、織物を構成する糸の変形特性について検討する。
引張りなど織物の変形特性には、それを構成する糸の引張および圧縮挙動が大きく影響することは多くの研究者が報告している。従って、織物変形のシミュレーションを実施するには糸の外力による形状の変形特性を知る必要があるので、ポリエステルマルチフィラメント糸の引張変形および圧縮変形の測定を行った。
図6に示すような引張変形試験装置301を用い、チャック間距離200mm、引張速度 20cm/minで糸の引張試験を行い、この時の外径の変化を図7に示したレーザー式外径変位センサ302で測定するとともに、圧縮変形試験装置303で圧縮変形試験をした。圧縮変形については、ガラス板に挟んだ糸に対し上方向から荷重を加え、糸の上方向から観測した太さ変化をビデオマイクロスコープで、側面方向から観測した太さ変化をレーザー変位計を用いて測定した。この時の荷重は電子天秤で測定した。上記の引張試験結果を図8および図9に示す。
Next, before proceeding to the explanation of deformation simulation when a three-dimensional modeled fabric is pulled and bent, the deformation characteristics of the yarns constituting the fabric will be examined.
Many researchers have reported that the deformation characteristics of fabrics such as tension are greatly affected by the tensile and compression behavior of the yarns that make up the fabric. Therefore, since it is necessary to know the deformation characteristics of the shape due to the external force of the yarn in order to perform the simulation of the fabric deformation, the tensile deformation and the compression deformation of the polyester multifilament yarn were measured.
A tensile deformation test apparatus 301 as shown in FIG. 6 was used to conduct a tensile test on the yarn at a chuck distance of 200 mm and a tensile speed of 20 cm / min. The change in outer diameter at this time is shown in FIG. While measuring with the sensor 302, the compression deformation test was performed with the compression deformation test device 303. For compressive deformation, a load was applied to the yarn sandwiched between the glass plates from above, the thickness change observed from above the yarn was measured with a video microscope, and the thickness change observed from the side surface was measured using a laser displacement meter. Measured. The load at this time was measured with an electronic balance. The above tensile test results are shown in FIGS.

図8は、撚係数が同じ(33.8)で線密度が異なるときの試験結果である。また図9は、線密度が同じ(300D)で撚係数が異なるときの試験結果である。
張力の増加により外径は小さくなっていくが、あるところから張力を大きくしても外径はそれほど変化しなくなる。これは、低張力状態では繊維間の空隙が大きく、空隙が限界に近づくと外径の変化が見られなくなるためであると考えられる。また、撚係数が大きくなれば低張力状態ですでに空隙が小さくなっているため、外径変化も小さいものと考えられる。
FIG. 8 shows the test results when the twist coefficients are the same (33.8) and the linear densities are different. FIG. 9 shows the test results when the linear density is the same (300D) and the twist coefficients are different.
Although the outer diameter decreases as the tension increases, the outer diameter does not change much even if the tension is increased from a certain point. This is presumably because the gap between the fibers is large in the low tension state, and when the gap approaches the limit, the change in the outer diameter is not observed. Further, if the twisting factor is increased, it is considered that the change in the outer diameter is small because the gap is already small in the low tension state.

次に、前述の圧縮試験結果を図10〜図12に示す。
横軸は糸の単位長さあたりの圧縮荷重(cN/mm)、縦軸は初期の糸断面を円形と仮定しその直径d0に対する圧縮時の太さd1との比を示す。図10は、撚係数を33.8と共通とし、番手が異なる糸の実験結果である。また図11は、番手を300Dと共通とした場合の撚係数が異なる場合の実験結果である。いずれも初期張力は9.8cNとした。また図12は、番手(300D)、撚係数(33.8)とも同じで初期張力が異なる糸の実験結果である。図10、11、12とも低圧縮荷重では圧縮荷重の増加により、太さ、厚みとも大きく変化するが、高圧縮荷重では太さ、厚みとも変化が小さい。図10から番手が異なっても太さ、厚みとも変化の割合はほぼ同じなので、番手は圧縮特性に影響を与えないことがわかる。図11から撚係数が大きい糸の方が撚係数の小さい糸に比べて太さ、厚みとも変化の割合が小さいので、撚係数は圧縮特性に影響を与えている。また図12では初期張力が大きくなると太さ、厚みとも変化の割合は小さくなっていき、高張力状態では太さ、厚みとも変化の割合がほとんど変わらない事が確認された。
以上より、伸長張力の変化や撚係数の違いにより糸中の繊維空隙が変化し、この構造の違いにより圧縮特性が異なるものと考えられる。
Next, the compression test results described above are shown in FIGS.
The horizontal axis represents the compressive load per unit length of the yarn (cN / mm), and the vertical axis represents the ratio of the diameter d0 to the compressed thickness d1 assuming that the initial yarn cross section is circular. FIG. 10 shows the experimental results of yarns having a common twisting coefficient of 33.8 and different counts. FIG. 11 shows experimental results when the twisting coefficients are different when the count is the same as that of 300D. In either case, the initial tension was 9.8 cN. FIG. 12 shows experimental results of yarns having the same count (300D) and twisting coefficient (33.8) but different initial tensions. 10, 11, and 12, both the thickness and the thickness change greatly with an increase in the compressive load at a low compressive load, but the changes in both the thickness and the thickness are small at a high compressive load. From FIG. 10, it can be seen that even if the count is different, the rate of change is almost the same in both thickness and thickness, and thus the count does not affect the compression characteristics. As shown in FIG. 11, the yarn having a larger twist coefficient has a smaller rate of change in both thickness and thickness than a yarn having a smaller twist coefficient. Therefore, the twist coefficient affects the compression characteristics. Further, in FIG. 12, it was confirmed that the rate of change in both thickness and thickness decreased as the initial tension increased, and that the rate of change in thickness and thickness hardly changed in the high tension state.
From the above, it is considered that the fiber voids in the yarn change due to the change in elongation tension and the difference in twisting coefficient, and the compression characteristics differ due to this difference in structure.

本試験では上方からの圧縮を行ったため、圧縮時の断面を試料糸を切断し観測したところ、断面形状は上下非対称な結果が得られた。このことは、糸が連続体ではなく繊維の集合体である事に起因すると考えられ、圧縮に伴う糸中の繊維の移動をシミュレートするソフトを作成し、糸断面の変形挙動を再現した結果、図13に示すように、実際の圧縮時の断面形状に近い形状を得ることができた。この糸変形シミュレーション手法を用いることで、織物の非変形時における織物中の糸の形状をシミュレートすることが可能になる。   In this test, since compression was performed from above, the cross section at the time of compression was cut and observed, and the cross-sectional shape was asymmetrical in the vertical direction. This is thought to be due to the fact that the yarn is not a continuous body but a collection of fibers. As a result of creating software that simulates the movement of fibers in the yarn during compression and reproducing the deformation behavior of the cross section of the yarn. As shown in FIG. 13, a shape close to the cross-sectional shape at the time of actual compression could be obtained. By using this yarn deformation simulation method, it is possible to simulate the shape of the yarn in the fabric when the fabric is not deformed.

次に、外力に伴い、糸形状を変化させた織物変形のシミュレーションを実現するために糸形状を反映させた衝突・変形判定を加えた変形処理アルゴリズムを構築した。
既に出願済みの特許(特開2006−274521号公報)では経糸方向及び緯糸方向についての1軸伸張変形をモデル化していた。この変形については、以下の2段階の挙動をモデル化した。
フェーズ1:織物の伸長に伴い、引張方向の糸のクリンプがまっすぐになる。このとき、引張方向の糸のクリンプ高さが低くなるため、直交する糸が引っ張られ、横方向に縮んでいく。
フェーズ2:引張方向の糸のクリンプがまっすぐになった後は、引張方向の糸自身の伸張特性に従い織物が伸張される。
Next, in order to realize a simulation of fabric deformation with the yarn shape changed with external force, a deformation processing algorithm with collision / deformation judgment reflecting the yarn shape was constructed.
In an already applied patent (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-274521), uniaxial stretching deformation in the warp direction and the weft direction is modeled. For this deformation, the following two-stage behavior was modeled.
Phase 1: As the fabric is stretched, the crimp of the yarn in the tensile direction is straightened. At this time, since the crimp height of the yarn in the pulling direction is lowered, the orthogonal yarn is pulled and contracts in the lateral direction.
Phase 2: After the crimp of the yarn in the tensile direction is straightened, the fabric is stretched according to the stretch characteristics of the yarn in the tensile direction itself.

これに対し本発明は2軸伸張の場合を想定しており、この場合でも同様に経糸方向、緯糸方向それぞれ2段階の変形挙動を示すものと考えられ、変形挙動は以下の4種のモードが考えられる。
モード1:経糸方向、緯糸方向共にフェーズ1の変形挙動
モード2:経糸方向がフェーズ1、緯糸方向がフェーズ2の変形挙動
モード3:経糸方向がフェーズ2、緯糸方向がフェーズ1の変形挙動
モード4:経糸方向、緯糸方向共にフェーズ2の変形挙動
この時、モード1は経緯曲がり構造、モード2は経曲がり構造、モード3は緯曲がり構造をとる。また、モード4は織物構造と矛盾するため、モード1〜モード3の変形挙動のみ考え、モード4の変形は構造限界を超えた領域として取り扱う。
On the other hand, the present invention assumes the case of biaxial extension, and even in this case, it is considered that the warping direction and the weft direction similarly show two stages of deformation behavior, and the deformation behavior has the following four modes. Conceivable.
Mode 1: Deformation behavior of Phase 1 in both warp and weft directions Mode 2: Deformation behavior of Phase 1 in the warp direction and Phase 2 in the weft direction Mode 3: Deformation behavior in Phase 2 of the warp direction and Phase 1 of the weft Mode 4 : Deformation behavior of phase 2 in both warp and weft directions At this time, mode 1 has a warp and warp structure, mode 2 has a warp bend structure, and mode 3 has a weft bend structure. Further, since mode 4 is inconsistent with the fabric structure, only the deformation behavior of mode 1 to mode 3 is considered, and the deformation of mode 4 is treated as a region exceeding the structural limit.

図14(a)は、織物の伸張前の正面図であり、図14(b)は、織物を経糸方向、緯糸方向について同時に25%伸張した場合の正面図である。また、曲げの場合、曲げについては従来手法では曲面に接する円から曲率半径を取り扱っていたが、曲面に接する球として曲率半径を取り扱い、曲げ方向に対し、曲げの外側では引張応力が、曲げの内側では圧縮応力が加わるので、曲げ方向に直交する糸の断面に対して変形させる処理を加え、2軸方向の曲げに対応した。
図15に織物の2軸曲げの変形計算例を示す。
Fig. 14 (a) is a front view before the fabric is stretched, and Fig. 14 (b) is a front view when the fabric is stretched by 25% simultaneously in the warp direction and the weft direction. In the case of bending, in the conventional method for bending, the radius of curvature is handled from a circle in contact with the curved surface. However, the radius of curvature is handled as a sphere in contact with the curved surface. Since compressive stress is applied on the inner side, a process of deforming the cross section of the yarn orthogonal to the bending direction was added to cope with biaxial bending.
FIG. 15 shows an example of deformation calculation for biaxial bending of a fabric.

本発明の出願に際して、前述のように織物変形の基礎パラメータとなる糸の引張変形および圧縮変形特性の検討を行い、糸の番手や撚係数などの糸の構造パラメータが糸の引張時及び圧縮時における形状変化に及ぼす影響について解析を行った。
その結果、伸長張力の変化や撚係数の違いにより糸中の繊維空隙が変化し、この構造の違いにより圧縮特性が異なることが確認された。上記で測定した糸の変形挙動を元に、引張および曲げ変形時の織物構造の変化に従い3次元モデルの再構築を行う3次元モデリングアルゴリズムを新たに構築した。この結果、変形時における織物の、内部構造の3次元モデル化が可能となり、糸の変形特性と変形時における織物の3次元シミュレーション手法を応用することで、織物設計におけるCAEの実現ができ、資材用織物など最終用途で必要とされる高機能な特性を実現するための高度な織物設計が可能になると考えられる。
In the application of the present invention, as described above, the tensile deformation and compression deformation characteristics of the yarn, which are the basic parameters of the fabric deformation, are examined, and the structural parameters of the yarn, such as the yarn count and the twist coefficient, are determined when the yarn is tensioned and compressed. We analyzed the effect on the shape change.
As a result, it was confirmed that the fiber voids in the yarn changed due to the change in elongation tension and the difference in twist coefficient, and the compression characteristics differed due to the difference in structure. Based on the yarn deformation behavior measured above, a new three-dimensional modeling algorithm was constructed to reconstruct the three-dimensional model according to changes in the fabric structure during tensile and bending deformation. As a result, three-dimensional modeling of the internal structure of the fabric during deformation is possible. By applying the deformation characteristics of the yarn and the three-dimensional simulation method of the fabric during deformation, CAE can be realized in the fabric design. It is considered that advanced textile design for realizing high-performance characteristics required for end use such as industrial textiles will be possible.

織物変形のシミュレーションを実現するために、図2の織物構造の3次元モデル化処理を改良し、変形処理アルゴリズムを構築した。アルゴリズムのフローチャートを図16に示す。
織物組織図101と与えられた織物の設計情報105から、モデリング処理106により織物の3次元単位構造モデル107を生成する。生成した織物の3次元単位構造モデル107に対して、あらかじめ伸張率εおよびε2(141)、曲率κおよびκ2(142)について条件分割数neおよびnr(143)で指定した個数の変形条件を与えて織物単位構造変形計算145によりne×ne個の引張モデルデータおよびnr×nr個の曲げモデルデータを蓄積した織物単位構造変形データベース150を作成する。
続いて、製品形成後の曲面情報を汎用3次元CADなどで作成した3次元CADデータ161として準備する。読み込んだ製品形状のCADデータ161から対象曲面をベジェ曲面に変換し、織物組織1循環のサイズ毎にベジェ曲面の分割法則に従い曲面分割処理162を行い、経糸方向s1個、緯糸方向s2個の計s1×s2個の領域に分割する。ベジェ曲面の分割法則にはde Casteljauのアルゴリズムを使用する。分割した計s1×s2個の微小領域に対して、各領域の境界線の経路長および領域中心点における曲率を計算し、曲面変形予測計算163により3次元CADデータ161の形状に形成した場合の織物の変形形状を求める。曲面変形予測計算163では織物単位構造変形データベース150から各領域の境界線の経路長および領域中心点における曲率の3次元単位構造モデル107を検索し出力。これらを全領域について重ね合わせることにより、曲面全体の変形形状を求めることができる。
In order to realize the simulation of the fabric deformation, the three-dimensional modeling process of the fabric structure of FIG. 2 was improved and a deformation processing algorithm was constructed. A flowchart of the algorithm is shown in FIG.
A three-dimensional unit structure model 107 of the fabric is generated by the modeling process 106 from the fabric structure chart 101 and the given fabric design information 105. With respect to the generated three-dimensional unit structure model 107 of the woven fabric, the elongation ratios ε 1 and ε 2 (141) and the curvatures κ 1 and κ 2 (142) are designated in advance by condition division numbers ne and n r (143). A number of deformation conditions are given, and a fabric unit structure deformation database 150 is created in which n e × n e tensile model data and n r × n r bending model data are accumulated by a fabric unit structure deformation calculation 145.
Subsequently, the curved surface information after the product formation is prepared as 3D CAD data 161 created by general-purpose 3D CAD or the like. The target curved surface is converted into a Bezier curved surface from the CAD data 161 of the read product shape, and the curved surface division processing 162 is performed according to the division law of the Bezier curved surface for each size of the fabric structure, and the warp direction s 1 and the weft direction s 2 It is divided into a total of s 1 × s 2 areas. The de Casteljau algorithm is used for the division law of the Bezier surface. The path length of the boundary line of each region and the curvature at the center point of the region are calculated for a total of s 1 × s 2 minute regions, and the curved surface deformation prediction calculation 163 forms the shape of the 3D CAD data 161. In this case, the deformation shape of the fabric is obtained. In the curved surface deformation prediction calculation 163, the 3D unit structure model 107 of the path length of the boundary line of each region and the curvature at the center point of the region is retrieved from the fabric unit structure deformation database 150 and output. By superimposing these over the entire region, the deformed shape of the entire curved surface can be obtained.

曲面変形予測計算163で行う各領域の境界線の経路長の計算について説明する。
一般に、媒介変数表示 となる空間曲線の区間 の長さは、

で表すことができる。また、本発明では各領域をベジェ曲面として取り扱っているので、各領域の境界線は3次ベジェ曲線を用いて、

として表すことができるので、(22)式を(21)式に適用した常微分方程式を求めることで曲線部の長さを求めることが可能となる。実際の算出では常微分方程式の解を求めることは難しいので、前進オイラー法による数値演算で求めた。
図17に経路計算処理のフローチャートを示す。
The calculation of the path length of the boundary line of each region performed in the curved surface deformation prediction calculation 163 will be described.
In general, the length of the section of the spatial curve that is the parametric representation is

Can be expressed as In the present invention, each region is handled as a Bezier curved surface, so the boundary line of each region is a cubic Bezier curve.

Therefore, the length of the curved portion can be obtained by obtaining an ordinary differential equation obtained by applying Equation (22) to Equation (21). Since it is difficult to find a solution of an ordinary differential equation in actual calculation, it was obtained by numerical calculation using the forward Euler method.
FIG. 17 shows a flowchart of the route calculation process.

次に、織物単位構造変形計算145について説明する。
図18に織物単位構造変形計算145のフローチャートを示す。m×nサイズの組織図W(i,j) {0≦i<m, 0≦j<n}から従来手法(S501)により作成した織物3次元モデルMo (i,j)について、変形処理を行い、変形後の織物3次元モデルM(i,j) (S514)を出力する。この時、指定された変形モードが純曲げ変形モードの場合は曲げ変形計算を、引張変形モードの場合は引張変形計算を実行する(S502)。曲げ変形については経糸方向の純曲げ変形処理(S503)と緯糸方向の純曲げ変形処理(S504)を順次計算する。
Next, the fabric unit structure deformation calculation 145 will be described.
FIG. 18 shows a flowchart of the fabric unit structure deformation calculation 145. Organizational chart W (i, j) of m × n size {0 ≦ i <m, 0 ≦ j <n} The deformation process is applied to the fabric 3D model Mo (i, j) created by the conventional method (S501). And output the deformed three-dimensional fabric model M (i, j) (S514). At this time, if the designated deformation mode is the pure bending deformation mode, the bending deformation calculation is executed, and if the designated deformation mode is the tensile deformation mode, the tensile deformation calculation is executed (S502). As for the bending deformation, a pure bending deformation process in the warp direction (S503) and a pure bending deformation process in the weft direction (S504) are sequentially calculated.

次に(S502)で指定された変形モードが引張変形の場合の処理について説明する。
変形前の経糸方向および緯糸方向の織物長さをそれぞれLw0およびLf0、変形後の経糸方向および緯糸方向の織物長さをLw1およびLf1、変形前の経糸方向および緯糸方向の糸長さをそれぞれLwy0およびLfy0とおく。
まず、従来手法(S501)により作成した織物3次元モデルMo (i,j)について、各糸の糸長を算出する(S505)。続いて、変形後における経糸方向の織物長さLw1と変形前における経糸方向の糸長さをLwy0を比較(S506)した後、変形後における緯糸方向の織物長さLf1と変形前における緯糸方向の糸長さをLfy0を比較する(S507およびS508)。
Next, processing when the deformation mode specified in (S502) is tensile deformation will be described.
Lw0 and Lf0 are the fabric lengths in the warp and weft directions before deformation, Lw1 and Lf1 are the fabric lengths in the warp and weft directions after deformation, and Lwy0 are the warp and weft directions before deformation. And Lfy0.
First, the yarn length of each yarn is calculated for the fabric three-dimensional model Mo (i, j) created by the conventional method (S501) (S505). Then, after comparing the fabric length Lw1 in the warp direction after deformation with the yarn length Lwy0 in the warp direction before deformation (S506), the fabric length Lf1 in the weft direction after deformation and the weft direction in the weft direction before deformation are compared. The thread length is compared with Lfy0 (S507 and S508).

Lw1≦Lwy0かつLf1≦Lfy0の場合は、モード1の変形挙動、すなわち、経糸方向、緯糸方向共にフェーズ1の変形挙動を示すものと考え、経糸方向について引張変形処理手順1(S509)を実施した後、緯糸方向について引張変形処理手順1(S510)を実施し、変形後の織物3次元モデルとして出力する(S514)。
一方、Lw1≦Lwy0かつLf1>Lfy0の場合は、モード2の変形挙動、すなわち、経糸方向がフェーズ1、緯糸方向がフェーズ2の変形挙動を示すものと考え、経糸方向について引張変形処理手順1(S509)を実施した後、緯糸方向について引張変形処理手順2(S511)を実施し、変形後の織物3次元モデルとして出力する(S514)。
さらに、Lw1>Lwy0かつLf1≦Lfy0の場合は、モード3の変形挙動、すなわち、経糸方向がフェーズ2、緯糸方向がフェーズ1の変形挙動を示すものと考え、経糸方向について引張変形処理手順2(S512)を実施した後、緯糸方向について引張変形処理手順1(S510)を実施し、変形後の織物3次元モデルとして出力する(S514)。
なお、Lw1>Lwy0かつLf1>Lfy0の場合は、モード4の変形挙動、経糸方向、緯糸方向共にフェーズ2の変形挙動と見なすが、この状態は織物構造と矛盾するため、構造限界を超えた領域として取り扱い、親ルーチンへ計算不可であることを通知する(S513)。
In the case of Lw1 ≦ Lwy0 and Lf1 ≦ Lfy0, it is considered that the deformation behavior of mode 1, that is, the deformation behavior of phase 1 in both the warp direction and the weft direction, and the tensile deformation processing procedure 1 (S509) was performed in the warp direction. Thereafter, the tensile deformation processing procedure 1 (S510) is performed in the weft direction, and the deformed woven fabric three-dimensional model is output (S514).
On the other hand, when Lw1 ≦ Lwy0 and Lf1> Lfy0, it is considered that the deformation behavior of mode 2, that is, the warp direction shows the deformation behavior of phase 1 and the weft direction shows the deformation behavior of phase 2, and the tensile deformation processing procedure 1 ( After carrying out S509), the tensile deformation processing procedure 2 (S511) is carried out in the weft direction, and output as a woven fabric three-dimensional model after deformation (S514).
Further, when Lw1> Lwy0 and Lf1 ≦ Lfy0, it is considered that the deformation behavior of mode 3, that is, the warp direction shows the deformation behavior of phase 2 and the weft direction shows the deformation behavior of phase 1, and the tensile deformation processing procedure 2 ( After carrying out S512), the tensile deformation processing procedure 1 (S510) is carried out in the weft direction, and output as a woven fabric three-dimensional model after deformation (S514).
If Lw1> Lwy0 and Lf1> Lfy0, the deformation behavior of mode 4 and the warp and weft directions are considered to be the deformation behavior of phase 2, but this state is inconsistent with the fabric structure, so the region exceeds the structural limit. And the parent routine is notified that the calculation is impossible (S513).

次に、糸長計算アルゴリズムについて説明する。
上記いずれの処理手順においても、織物中の糸長計算を行っている。糸長計算においては、図19に示すように、糸のクリンプを直線近似して糸長を算出する手法と、図20に示すように、糸のクリンプを直線近似せずに糸長を算出する手法が考えられる。前者では引張変形処理手順1(S509およびS510)において変形後のモデルに誤差が生じるため、後者の糸のクリンプを直線近似せずに糸長を算出する手法を用いる。
本発明では織物中の糸の屈曲を3次ベジェ曲線を用いてモデル化しているので、曲面変形予測計算163で行う各領域の境界線の経路長の計算と同様、図17に示すフローチャートに従い糸長を計算することが可能になる。
Next, the yarn length calculation algorithm will be described.
In any of the above processing procedures, the yarn length in the woven fabric is calculated. In the yarn length calculation, as shown in FIG. 19, a method of calculating the yarn length by linearly approximating the crimp of the yarn, and as shown in FIG. 20, calculating the yarn length without linearly approximating the crimp of the yarn. A method can be considered. In the former, since an error occurs in the model after deformation in the tensile deformation processing procedure 1 (S509 and S510), a method of calculating the yarn length without linearly approximating the crimp of the latter yarn is used.
In the present invention, the bending of the yarn in the woven fabric is modeled using a cubic Bezier curve, so that the yarn according to the flowchart shown in FIG. It becomes possible to calculate the length.

次に、経糸方向の引張変形処理手順2(S512)および緯糸方向の引張変形処理手順2(S511)のアルゴリズムについて説明する。
経糸方向の引張変形時においてLw1>Lwy0の場合(S512)、引張方向の糸のクリンプがまっすぐになった後は、引張方向の糸自身の伸張特性に従い織物が伸張される。Lw1>Lwy0の条件下において、経糸方向に織物を伸張率ε1だけ伸張変形を行った場合、組織点W(i, j)における経糸の座標を{x1(i, j), y1(i, j), z1(i, j)}、緯糸の座標を{x2(i, j), y2(i, j), z2(i, j)}とおくと、変形後の経糸座標{x''1(i, j), y''1(i, j), z''1(i, j)}および変形後の緯糸座標{x''2(i, j), y''2(i, j), z''2(i, j)}は、それぞれ
x''1 (i, j) = x1 (i, j) (23)
y''1 (i, j) = y1 (i, j)・{1 +ε1} (24)
z''1 (i, j) = 0 (25)
x''2 (i, j) = x2 (i, j)・ (26)
y''2 (i, j) = y2 (i, j)・{1 +ε1} (27)
z''2 (i, j) = sgn{W (i, j)-1/2}・{ r1(i) + r2(j) } /2 (28)
となる。
Next, algorithms for the warp direction tensile deformation processing procedure 2 (S512) and the weft direction tensile deformation processing procedure 2 (S511) will be described.
When Lw1> Lwy0 at the time of tensile deformation in the warp direction (S512), after the crimp of the yarn in the tensile direction becomes straight, the fabric is stretched according to the stretch characteristics of the yarn in the tensile direction itself. Lw1> under the conditions of Lwy0, when performing only stretch deformation expansion ratio epsilon 1 the fabric in the warp direction, tissue point W (i, j) the warp coordinates in {x1 (i, j), y1 (i, j), z1 (i, j)} and the coordinates of the weft are {x2 (i, j), y2 (i, j), z2 (i, j)}. 1 (i, j), y''1 (i, j), z''1 (i, j)} and transformed weft coordinates {x''2 (i, j), y''2 (i , j), z''2 (i, j)}
x``1 (i, j) = x1 (i, j) (23)
y''1 (i, j) = y1 (i, j) ・ {1 + ε 1 } (24)
z''1 (i, j) = 0 (25)
x``2 (i, j) = x2 (i, j) ・ (26)
y''2 (i, j) = y2 (i, j) ・ {1 + ε 1 } (27)
z``2 (i, j) = sgn {W (i, j) -1/2} ・ {r1 (i) + r2 (j)} / 2 (28)
It becomes.

図21に引張変形処理手順2のフローチャートを示す。
式(24)と式(26)が図21の(S603)に、式(25)が(S604)に、式(28)が(S605)に相当する。
なお、緯糸方向の引張変形処理手順2(S511)についても、Lf1>Lfy0の条件下において、緯糸方向に織物を伸張率ε2だけ伸張変形を行った場合として取り扱い、組織点W(i, j)における経糸の座標を{x1(i, j), y1(i, j), z1(i, j)}、緯糸の座標を{x2(i, j), y2(i, j), z2(i, j)}とおくと、変形後の経糸座標{x''1(i, j), y''1(i, j), z''1(i, j)}および変形後の緯糸座標{x''2(i, j), y''2(i, j), z''2(i, j)}は、それぞれ
x''1 (i, j) = x1 (i, j)・{1 +ε2} (29)
y''1 (i, j) = y1 (i, j) (30)
z''1 (i, j) = 0 (31)
x''2 (i, j) = x2 (i, j)・{1 +ε2} (32)
y''2 (i, j) = y2 (i, j) (33)
z''2 (i, j) = sgn{W (i, j)-1/2}・{ r1(i) + r2(j) } /2 (34)
となる。
この場合、式(30)と式(32)が図21の(S603)に、式(31)が(S604)に、式(34)が(S605)に相当する。
FIG. 21 shows a flowchart of the tensile deformation processing procedure 2.
Expressions (24) and (26) correspond to (S603) in FIG. 21, Expression (25) corresponds to (S604), and Expression (28) corresponds to (S605).
Note that the tensile deformation processing procedure 2 in the weft direction (S511) is also handled as a case where the fabric is stretched and deformed in the weft direction by an elongation ratio ε 2 under the condition of Lf1> Lfy0, and the texture point W (i, j ) For warp yarn coordinates {x1 (i, j), y1 (i, j), z1 (i, j)} and weft coordinates {x2 (i, j), y2 (i, j), z2 ( i, j)}, the warp coordinates {x''1 (i, j), y''1 (i, j), z''1 (i, j)} after deformation and the weft after deformation The coordinates {x''2 (i, j), y''2 (i, j), z''2 (i, j)} are respectively
x``1 (i, j) = x1 (i, j) ・ {1 + ε 2 } (29)
y''1 (i, j) = y1 (i, j) (30)
z``1 (i, j) = 0 (31)
x``2 (i, j) = x2 (i, j) ・ {1 + ε 2 } (32)
y''2 (i, j) = y2 (i, j) (33)
z''2 (i, j) = sgn {W (i, j) -1/2} ・ {r1 (i) + r2 (j)} / 2 (34)
It becomes.
In this case, Expression (30) and Expression (32) correspond to (S603) in FIG. 21, Expression (31) corresponds to (S604), and Expression (34) corresponds to (S605).

次に、経糸方向の引張変形処理手順1(S509)および緯糸方向の引張変形処理手順1(S510)のアルゴリズムについて説明する。
図22に引張変形処理手順1のフローチャートを示す。
経糸方向の引張変形時においてLw1≦Lwy0の場合、織物の伸長に伴い、引張方向の糸のクリンプがまっすぐになる。このとき、引張方向の糸のクリンプ高さが低くなるため、直交する糸が引っ張られる。Lw1≦Lwy0の条件下において、経糸方向に織物を伸張率ε1だけ伸張変形を行った場合、組織点W(i, j)における経糸の座標を{x1(i, j), y1(i, j), z1(i, j)}、緯糸の座標を{x2(i, j), y2(i, j), z2(i, j)}、変形後の経糸座標{x'1(i, j), y'1(i, j), z'1(i, j)}および変形後の緯糸座標{x'2(i, j), y'2(i, j), z'2(i, j)}とおく。引張変形処理手順1では、引張方向の糸のクリンプ高さhを、引張変形処理手順2の状態における高さh1と単純に伸張率分だけ座標変換を行った状態における高さh2とを極値として考え、その中間状態における変形モデルを順次作成し、最適になる糸高さhを数値演算によって求めるものとする。ここでの数値演算による求解はBrentのアルゴリズムを用いた。
Next, algorithms of the warp direction tensile deformation processing procedure 1 (S509) and the weft direction tensile deformation processing procedure 1 (S510) will be described.
FIG. 22 shows a flowchart of the tensile deformation processing procedure 1.
When Lw1 ≦ Lwy0 during tensile deformation in the warp direction, the crimp of the yarn in the tensile direction becomes straight as the fabric is stretched. At this time, since the crimp height of the yarn in the pulling direction is lowered, the orthogonal yarn is pulled. When the fabric is stretched and deformed in the warp direction by the stretch ratio ε 1 under the condition of Lw1 ≦ Lwy0, the coordinates of the warp at the texture point W (i, j) are expressed as (x1 (i, j), y1 (i, j), z1 (i, j)}, the coordinates of the weft are {x2 (i, j), y2 (i, j), z2 (i, j)}, the warp coordinates {x'1 (i, j, j), y'1 (i, j), z'1 (i, j)} and the transformed weft coordinates {x'2 (i, j), y'2 (i, j), z'2 ( i, j)}. In the tensile deformation treatment procedure 1, the crimp height h of the yarn in the tensile direction is an extreme value between the height h1 in the state of the tensile deformation treatment procedure 2 and the height h2 in a state in which the coordinate conversion is simply performed by the elongation ratio. The deformation model in the intermediate state is sequentially created, and the optimum thread height h is obtained by numerical calculation. The Brent algorithm was used for the solution by numerical calculation here.

まず、変形前の状態における織物3次元モデルMo(i,j)を作成し、Mo(i,j)について図17の処理フローに従い式(24)〜(34)を用いて座標変換を行い、引張変形処理手順2の変換処理を行った織物3次元モデルM1(i,j)を生成(S701)。各経糸の糸長L0(i)を図17に示した手順により計算する(S702)。また、この時の各経糸の高さをh0(i)とおく(S703)。この場合、引張変形処理手順2の処理を行った場合はすべての経糸についてh0(i)= z''1 (i, j)=0となることは明らかである。   First, a fabric three-dimensional model Mo (i, j) in a state before deformation is created, and coordinate transformation is performed on Mo (i, j) using equations (24) to (34) according to the processing flow of FIG. A three-dimensional fabric model M1 (i, j) subjected to the conversion process of the tensile deformation process procedure 2 is generated (S701). The yarn length L0 (i) of each warp is calculated by the procedure shown in FIG. 17 (S702). Further, the height of each warp at this time is set to h0 (i) (S703). In this case, it is clear that h0 (i) = z ″ 1 (i, j) = 0 for all warps when the processing of the tensile deformation processing procedure 2 is performed.

続いて織物3次元モデルMo(i,j)から図23の処理フローに従い式(35)〜(41)を用いて座標変換を行い、単純に伸張率分だけ座標変換を行った状態の織物3次元モデルM2(i,j)を生成(S704)した後、各経糸の糸長L2(i)を図17に示した手順により計算する(S705)。また、この時の各経糸の高さをh2(i)とおく(S706)。
x''1 (i, j) = x1 (i, j) (35)
y''1 (i, j) = y1 (i, j)・{1 +ε1} (36)
z''1 (i, j) = z1 (i, j) (37)
x''2 (i, j) = x2 (i, j) (38)
y''2 (i, j) = y2 (i, j)・{1 +ε1} (39)
z''2 (i, j) = z2 (i, j) (40)
h2 = |z''1 (i, j)| (41)
この時、最適になる糸クリンプ高さhを数値演算により求めるが、数値演算の境界条件としてはh1<h<h 2が適応される。また、任意のhとなる織物3次元モデルをMh(i,j)とし、この時の糸長さをLy(h)とする。任意のhとなったときの経糸座標{x'''1(i, j), y'''1(i, j), z'''1(i, j)}および変形後の緯糸座標{x'''2(i, j), y'''2(i, j), z'''2(i, j)}は、それぞれ
x'''1 (i, j) = x1 (i, j) (42)
y'''1 (i, j) = y1 (i, j)・{1 + ε} (43)
z'''1 (i, j) = sgn {W (i, j)-1/2}・h (44)
x'''2 (i, j) = x2 (i, j) (45)
y'''2 (i, j) = y2 (i, j) {1 + ε} (46)
z'''2 (i, j) = z2 (i, j)−sgn {W (i, j)-1/2}・h (47)
となる。
Subsequently, coordinate transformation is performed from the fabric three-dimensional model Mo (i, j) using equations (35) to (41) according to the processing flow of FIG. 23, and the fabric 3 in a state where the coordinate transformation is simply performed by the stretch rate. After generating the dimensional model M2 (i, j) (S704), the yarn length L2 (i) of each warp is calculated by the procedure shown in FIG. 17 (S705). In addition, the height of each warp at this time is set as h2 (i) (S706).
x``1 (i, j) = x1 (i, j) (35)
y''1 (i, j) = y1 (i, j) ・ {1 + ε 1 } (36)
z``1 (i, j) = z1 (i, j) (37)
x``2 (i, j) = x2 (i, j) (38)
y''2 (i, j) = y2 (i, j) ・ {1 + ε 1 } (39)
z``2 (i, j) = z2 (i, j) (40)
h2 = | z''1 (i, j) | (41)
At this time, the optimum yarn crimp height h is obtained by numerical calculation, and h1 <h <h2 is applied as a boundary condition for numerical calculation. Further, a fabric three-dimensional model having an arbitrary h is Mh (i, j), and the yarn length at this time is Ly (h). Warp coordinates {x '''1 (i, j), y''' 1 (i, j), z '''1 (i, j)} and the weft coordinates after deformation {x '''2 (i, j), y''' 2 (i, j), z '''2 (i, j)}
x``'1 (i, j) = x1 (i, j) (42)
y '''1 (i, j) = y1 (i, j) ・ {1 + ε} (43)
z '''1 (i, j) = sgn {W (i, j) -1/2} ・ h (44)
x``'2 (i, j) = x2 (i, j) (45)
y '''2 (i, j) = y2 (i, j) {1 + ε} (46)
z '''2 (i, j) = z2 (i, j) −sgn {W (i, j) -1/2} ・ h (47)
It becomes.

変換後、各経糸の糸長Ly(i,h)を図17に示した手順により計算する。任意のhとなる織物3次元モデルを生成する手順を図24に示す。
引張変形処理手順1では織物の伸長に伴い引張方向の糸のクリンプがまっすぐになることから、変形前の糸長はほとんど変化しないと考えることができる。したがって、変形前の糸長と座標変換後の糸長Ly(i,h)との間には
g(i,h) = Ly(i,h)− Ly0 =0 (48)
となる必要があるので、式(42)を満たすhを数値演算によって求める。最適となるhを算出する処理フローを図25に示す。求めたhを用いMo(i,j)から式(42)〜(47)を用いて座標変換を行い、変形後の織物3次元モデルM(i,j)を得る(708)。
Lw1≦Lwy0の条件下において、緯糸方向に織物を伸張率ε2だけ伸張変形を行った場合を元にしている緯糸方向の引張変形処理手順1(S510)についても、経糸方向の引張変形処理手順1(S509)同様の考え方を適用することができる。
After conversion, the yarn length Ly (i, h) of each warp is calculated according to the procedure shown in FIG. FIG. 24 shows a procedure for generating a three-dimensional woven fabric model for an arbitrary h.
In the tensile deformation treatment procedure 1, since the crimp of the yarn in the tensile direction becomes straight as the fabric is stretched, it can be considered that the yarn length before the deformation hardly changes. Therefore, between the yarn length before deformation and the yarn length Ly (i, h) after coordinate conversion, g (i, h) = Ly (i, h) −Ly0 = 0 (48)
Therefore, h satisfying the equation (42) is obtained by numerical calculation. A processing flow for calculating the optimum h is shown in FIG. Using the obtained h, coordinate transformation is performed from Mo (i, j) using equations (42) to (47) to obtain a deformed fabric three-dimensional model M (i, j) (708).
Also in the weft direction tensile deformation processing procedure 1 (S510) based on the case where the fabric is stretched and deformed in the weft direction by the stretch ratio ε 2 under the condition of Lw1 ≦ Lwy0, the warp direction tensile deformation processing procedure is also used. 1 (S509) The same concept can be applied.

次に、経糸方向の曲げ変形計算処理(S503)および緯糸方向の曲げ変形計算処理(S504)について説明する。
経糸方向の曲げ変形計算処理(S503)については、織物を経糸方向に曲率半径r1だけ純曲げを行う場合を考える。曲率κ1は定義よりκ1=1/r1となる。この場合、組織点W(i, j)におけるi番目の経糸における変形前の座標を{x1(i, j), y1(i, j), z1(i, j)}とおくと、変形後の座標{xb1(i, j), yb1(i, j), zb1(i, j)}は、それぞれ
θ1=κy1(i, j) (49)
xb1 (i, j)= x1(i, j) (50)
yb1 (i, j)= ( z1(i, j)+ r1 ) sin(θ1) (51)
zb1 (i, j)= −(r1 - ( z1(i, j)+ r1 )) cos(θ1) (52)
となり、組織点W(i, j)におけるj番目の緯糸における変形後の座標{xb2(i, j), yb2(i, j), zb2(i, j)}は、それぞれ
θ2=κy2(i, j) (53)
xb2 (i, j)= x2(i, j) (54)
yb2 (i, j)= ( z2(i, j)+ r1 ) sin(θ2) (55)
zb2 (i, j)= −(r1 - ( z2(i, j)+ r1 )) cos(θ2) (56)
となる。
Next, the bending deformation calculation process (S503) in the warp direction and the bending deformation calculation process (S504) in the weft direction will be described.
As for the warp direction bending deformation calculation processing (S503), a case is considered in which pure bending of the woven fabric is performed in the warp direction by a curvature radius r 1 . Curvature κ 1 is a κ 1 = 1 / r 1 from the definition. In this case, if the coordinates before deformation in the i-th warp at the texture point W (i, j) are set as {x1 (i, j), y1 (i, j), z1 (i, j)}, Coordinates {xb1 (i, j), yb1 (i, j), zb1 (i, j)} are respectively θ1 = κy1 (i, j) (49)
xb1 (i, j) = x1 (i, j) (50)
yb1 (i, j) = (z1 (i, j) + r 1 ) sin (θ1) (51)
zb1 (i, j) = − (r 1 − (z1 (i, j) + r 1 )) cos (θ1) (52)
The coordinates {xb2 (i, j), yb2 (i, j), zb2 (i, j)} of the j-th weft at the texture point W (i, j) are θ2 = κy2 (i , j) (53)
xb2 (i, j) = x2 (i, j) (54)
yb2 (i, j) = (z2 (i, j) + r 1 ) sin (θ2) (55)
zb2 (i, j) = − (r 1 − (z2 (i, j) + r 1 )) cos (θ2) (56)
It becomes.

同様に、緯糸方向の曲げ変形計算処理(S504)については、緯糸方向に織物を曲率半径rだけ純曲げを行う場合を考える。曲率κ2は定義よりκ2=1/r2となる。この場合、組織点W(i, j)におけるi番目の経糸における変形後の座標{xb1(i, j), yb1(i, j), zb1(i, j)}は、それぞれ
θ1=κy1(i, j) (57)
xb1 (i, j)= ( z1(i, j)+ r2 ) sin(θ1) (58)
yb1 (i, j)= y1(i, j) (59)
zb1 (i, j)= −(r2 - ( z1(i, j)+ r2 )) cos(θ1) (60)
となり、組織点W(i, j)におけるj番目の緯糸における変形後の座標{xb2(i, j), yb2(i, j), zb2(i, j)}は、それぞれ
θ2=κy2(i, j) (61)
xb2 (i, j)= ( z2(i, j)+ r2 ) sin(θ2) (62)
yb2 (i, j)= y2(i, j) (63)
zb2 (i, j)= −(r2 - ( z2(i, j)+ r2 )) cos(θ2) (64)
となる。Mo(i,j)から式(49)〜(64)を用いて座標変換を行い、曲げ変形後の織物3次元モデルMb(i,j)を得る(S514)。
Similarly, for the weft direction of the bending deformation calculation process (S504), consider a case where the bending fabric only radius of curvature r 2 net the weft direction. Curvature kappa 2 becomes κ 2 = 1 / r 2 from the definition. In this case, the coordinates {xb1 (i, j), yb1 (i, j), zb1 (i, j)} of the i-th warp at the texture point W (i, j) are respectively θ1 = κy1 ( i, j) (57)
xb1 (i, j) = (z1 (i, j) + r 2 ) sin (θ1) (58)
yb1 (i, j) = y1 (i, j) (59)
zb1 (i, j) = − (r 2 − (z1 (i, j) + r 2 )) cos (θ1) (60)
The coordinates {xb2 (i, j), yb2 (i, j), zb2 (i, j)} of the j-th weft at the texture point W (i, j) are θ2 = κy2 (i , j) (61)
xb2 (i, j) = (z2 (i, j) + r 2 ) sin (θ2) (62)
yb2 (i, j) = y2 (i, j) (63)
zb2 (i, j) = − (r 2 − (z2 (i, j) + r 2 )) cos (θ2) (64)
It becomes. Coordinate transformation is performed from Mo (i, j) using equations (49) to (64) to obtain a three-dimensional woven fabric model Mb (i, j) after bending deformation (S514).

次に、アプリケーションの作成について説明する。
上記で改良を加えた引張変形計算を行うアルゴリズムを元に変形時の織物3次元モデルを出力するソフトウェアを作成した。なお、ソフトウェアの開発にはMicrosoft(登録商標)VisualBASIC.NET(モデラ部)およびVisualC++.NET(ビュワー部)を使用し、Windows (登録商標)XP上で動作を前提としたソフトウェアとして構築した。
実際に曲面形状の3次元形状データを与えて、指定曲面に変形させた場合の織物の歪み量分布を計算した。計算条件は、経緯とも1/30Nmのポリエステルを使用した織密度経緯とも50本/inchの平織織物とし、図26に示す曲率半径16.7mm(曲率0.06mm-1)の半球面に押し当てた状態の織物形状及び歪み量分布を計算した。
変形後の織物形状を図27に、この時の歪み量分布を図28に示す。これにより、指定曲面に変形したときの織物について、歪み量分布が計算できることが確認された。なお、有限要素法など既存の変形解析手法と併用することで、計算精度の向上や計算処理の高速化が可能であると考えられる。
Next, creation of an application will be described.
Based on the algorithm for calculating tensile deformation with the above improvements, software was created to output a three-dimensional fabric model at the time of deformation. For software development, Microsoft (registered trademark) VisualBASIC.NET (modeler part) and VisualC ++. NET (viewer part) were used, and the software was constructed on the assumption of operation on Windows (registered trademark) XP.
The 3D shape data of the curved surface shape was actually given, and the strain distribution of the fabric when it was deformed to the specified curved surface was calculated. The calculation conditions were a plain weave fabric with a weaving density of 50 / inch using 1/30 Nm polyester and pressed against a hemisphere with a radius of curvature of 16.7 mm (curvature 0.06 mm −1 ) shown in FIG. The woven fabric shape and strain distribution were calculated.
FIG. 27 shows the shape of the woven fabric after deformation, and FIG. 28 shows the strain distribution at this time. Thus, it was confirmed that the strain amount distribution can be calculated for the fabric when deformed to the designated curved surface. In addition, it is considered that the calculation accuracy can be improved and the calculation processing speed can be increased by using it together with an existing deformation analysis method such as the finite element method.

このように、本発明では、織物を曲面形状に加工した時に発生する歪み量を予測するため、織物を複数の微小領域に分割し、各微小領域毎に糸の物性と織物の設計条件から織物内部の3次元構造および微小変形特性を計算し、この結果をマルチスケール解析を応用して重ね合わせ、最終製品の形状に加工した織物全体の歪み量を予測計算することにより、他種類の織物を試行錯誤的に試作することなく、あらゆる素材や太さの糸や設計条件の織物の中から最終製品の形状にした時に、しわや過度の緊張が発生しない最適な織物を設計することが可能となる。   As described above, in the present invention, in order to predict the amount of distortion generated when a woven fabric is processed into a curved shape, the woven fabric is divided into a plurality of minute regions, and the woven fabric is determined from the physical properties of the yarn and the design conditions of the woven fabric for each minute region. By calculating the internal three-dimensional structure and microdeformation characteristics, applying the multi-scale analysis to overlay the results, and predicting and calculating the amount of distortion of the entire fabric processed into the final product shape, It is possible to design an optimal fabric that does not cause wrinkles or excessive tension when it is made into the shape of the final product from yarns of any material and thickness and design conditions without trial and error trial production. Become.

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として機能するコンピュータの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of the computer which functions as a 3D model construction method of a fabric, and a 3D model construction apparatus of a fabric. 織物の3次元モデル化処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the three-dimensional modeling process of a textile fabric. Peirceモデルにおける交錯点における糸の断面の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the cross section of the thread | yarn in the crossing point in a Peirce model. 図2のモデリング処理の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the modeling process of FIG. 交錯点における糸の断面の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the cross section of the thread | yarn in a crossing point. 引張変形試験装置で糸の変形特性を試験するための説明図である。It is explanatory drawing for testing the deformation | transformation characteristic of a thread | yarn with a tensile deformation test apparatus. 圧縮変形試験装置で糸の変形特性を試験するための説明図である。It is explanatory drawing for testing the deformation | transformation characteristic of a thread | yarn with a compression deformation test apparatus. 引張変形試験装置で糸の変形特性を試験した結果を示したグラフである。It is the graph which showed the result of having tested the deformation | transformation characteristic of the thread | yarn with the tension deformation test apparatus. 引張変形試験装置で糸の変形特性を試験した結果を示したグラフである。It is the graph which showed the result of having tested the deformation | transformation characteristic of the thread | yarn with the tension deformation test apparatus. 圧縮変形試験装置で糸の変形特性を試験した結果を示したグラフである。It is the graph which showed the result of having tested the deformation | transformation characteristic of the thread | yarn with the compression deformation test apparatus. 圧縮変形試験装置で糸の変形特性を試験した結果を示したグラフである。It is the graph which showed the result of having tested the deformation | transformation characteristic of the thread | yarn with the compression deformation test apparatus. 圧縮変形試験装置で糸の変形特性を試験した結果を示したグラフである。It is the graph which showed the result of having tested the deformation | transformation characteristic of the thread | yarn with the compression deformation test apparatus. 糸の圧縮に伴う断面形状のシミュレーション図である。It is a simulation figure of the section shape accompanying compression of a thread. (a)は織物を伸張させる前の糸の正面状態図であり、(b)は織物を経糸、緯糸方向同時に25%伸張させた場合の糸の正面状態図である。(A) is a front view of the yarn before the fabric is stretched, and (b) is a front view of the yarn when the fabric is stretched by 25% simultaneously in the warp and weft directions. 織物を経糸、緯糸方向同時に曲げた場合のシミュレーション図である。It is a simulation figure at the time of bending a woven fabric simultaneously in the warp and weft directions. 織物の2軸変形シミュレーションのメインフローチャートである。It is a main flowchart of the biaxial deformation simulation of a textile fabric. 糸長計算のフローチャートである。It is a flowchart of yarn length calculation. 織物の2軸変形シミュレーションのメインフローチャートである。It is a main flowchart of the biaxial deformation simulation of a textile fabric. Peirceモデルの糸長計算説明図である。It is thread length calculation explanatory drawing of a Peirce model. Peirceモデルの糸長計算説明図である。It is thread length calculation explanatory drawing of a Peirce model. 図18のフローチャートのサブルーチンフローチャートである。It is a subroutine flowchart of the flowchart of FIG. 図18のフローチャートのサブルーチンフローチャートである。It is a subroutine flowchart of the flowchart of FIG. 図22のフローチャートのサブルーチンフローチャートである。It is a subroutine flowchart of the flowchart of FIG. 図22のフローチャートのサブルーチンフローチャートである。It is a subroutine flowchart of the flowchart of FIG. 図22のフローチャートのサブルーチンフローチャートである。It is a subroutine flowchart of the flowchart of FIG. 織物を押し当てる半球面の斜視図である。It is a perspective view of the hemispherical surface which presses a textile fabric. 織物の3次元モデル生成結果を示した出力表示図である。It is the output display figure which showed the three-dimensional model production | generation result of the textile fabric. 織物の歪み量分布を示した出力表示図である。It is an output display figure showing distortion amount distribution of textiles.

符号の説明Explanation of symbols

1 コンピュータ
30 表示制御部
31 モニタ
40 入力検知部
41 キーボード
42 マウス
50 CPU
60 HDD
61 プログラム記憶エリア
62 データベース記憶エリア
106 モデリング処理
130 立体形状画像
1 Computer 30 Display Control Unit 31 Monitor 40 Input Detection Unit 41 Keyboard 42 Mouse 50 CPU
60 HDD
61 Program storage area 62 Database storage area 106 Modeling process 130 3D shape image

Claims (12)

織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、織物を構成している各糸の形状の3次元モデリングを行う工程と、前記糸の形状が前記3次元モデリングにより集成された集合体としての織物の3次元モデルを出力する工程と、前記織物の3次元モデルを指定した経糸方向の伸張率ε1および緯糸方向の伸張率εまで2軸伸張させた場合の織物構造を再計算する工程と、前記再計算された織物の3次元モデルを出力する工程と、を有することを特徴とする織物の3次元モデル構築方法。 Using the fabric structure data, the fabric standard data including at least one of the fabric density and the yarn thickness, and the physical property data of the yarn including at least one of the tensile properties and compression properties of the yarn as input values, A step of performing three-dimensional modeling of the shape of each constituting yarn, a step of outputting a three-dimensional model of the fabric as an aggregate in which the shape of the yarn is assembled by the three-dimensional modeling, and the three-dimensional of the fabric Recalculating the fabric structure when the model is biaxially stretched to the specified warp direction elongation rate ε 1 and weft direction elongation rate ε 2 , and outputting the recalculated three-dimensional model of the fabric And a method for constructing a three-dimensional model of a woven fabric. 前記2軸伸張させた場合の織物構造を再計算する工程は、変形前の前記織物の3次元モデルから各伸張方向の糸の織込率を計算し、各方向の伸張率が織込率以下の場合の第1の再計算処理と、各方向の伸張率が織込率以上の場合の第2の再計算処理とのいずれかを自動的に選択して再計算することを特徴とする請求項1に記載の織物の3次元モデル構築方法。   The step of recalculating the fabric structure in the case of biaxial stretching calculates the yarn weaving rate in each stretching direction from the three-dimensional model of the fabric before deformation, and the stretching rate in each direction is less than the weaving rate. The first recalculation process in the case of the above and the second recalculation process in the case where the expansion rate in each direction is greater than or equal to the weaving rate are automatically selected and recalculated. Item 3. A method for constructing a three-dimensional model of a fabric according to Item 1. 前記第1の再計算処理は、織物の各方向の伸張率の増加に伴い織物中の各方向の伸張方向の糸が、屈曲構造から直線構造に移行するとともにクリンプ高さが低くなることから、各伸張方向に対して直交する糸が引っ張られ横方向に縮んでいく現象を踏まえて織物の3次元モデルを再計算することを特徴とする請求項2に記載の織物の3次元モデル構築方法。   In the first recalculation process, as the stretch rate in each direction of the fabric increases, the yarn in the stretch direction in each direction of the fabric moves from the bent structure to the linear structure and the crimp height decreases. 3. The method for constructing a three-dimensional model of a woven fabric according to claim 2, wherein a three-dimensional model of the woven fabric is recalculated on the basis of a phenomenon in which a thread perpendicular to each stretching direction is pulled and contracted in the lateral direction. 前記第2の再計算処理は、予め測定された糸の応力−ひずみ曲線を基に、織物の伸張率の増加に伴って各方向の糸の伸張率が増加する現象を踏まえて織物の3次元モデルを再計算することを特徴とする請求項2に記載の織物の3次元モデル構築方法。   The second recalculation process is based on a pre-measured yarn stress-strain curve, and takes into account the phenomenon in which the yarn stretch rate in each direction increases as the fabric stretch rate increases. The method for constructing a three-dimensional model of a woven fabric according to claim 2, wherein the model is recalculated. 織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、織物を構成している各糸の形状の3次元モデリングを行う工程と、前記糸の形状が前記3次元モデリングにより集成された集合体としての織物の3次元モデルを出力する工程と、前記織物の3次元モデルを指定した経糸方向の曲率κまたは経糸方向の曲率半径1/κ、および緯糸方向の曲率κまたは緯糸方向の曲率半径1/κまで屈曲させた場合の織物構造を再計算する工程と、前記再計算された織物の3次元モデルを出力する工程と、を有することを特徴とする織物の3次元モデル構築方法。 Using the fabric structure data, the fabric standard data including at least one of the fabric density and the yarn thickness, and the physical property data of the yarn including at least one of the tensile properties and compression properties of the yarn as input values, A step of performing three-dimensional modeling of the shape of each constituting yarn, a step of outputting a three-dimensional model of the fabric as an aggregate in which the shape of the yarn is assembled by the three-dimensional modeling, and the three-dimensional of the fabric Recalculate the fabric structure when the model is bent to a specified warp direction curvature κ 1 or warp direction curvature radius 1 / κ 1 and weft direction curvature κ 2 or weft direction curvature radius 1 / κ 2 And a step of outputting the recalculated three-dimensional model of the fabric. A method for constructing a three-dimensional model of the fabric. 指定された任意の曲面形状について、織物組織の基本単位構造を1単位として、経糸方向s1個、緯糸方向s2個からなる計s1×s2個の領域に分割する工程と、分割した各領域に対して請求項1または5に記載の織物構造のモデル化により変形させた状態を計算する工程と、これらを重ね合わせることにより前記指定された任意の曲面形状全体の変形状態、応力分布、歪み量分布を計算する工程と、前記計算された織物の任意の曲面形状全体の3次元モデル、応力分布、歪み量分布を出力する工程と、を有することを特徴とする織物の3次元モデル構築方法。 For the specified arbitrary curved surface, the basic unit structure of weave structure as a unit, the warp direction s 1 piece, a step of dividing a total s 1 × s 2 regions consisting of two weft direction s, divided The process of calculating the state deformed by modeling the woven structure according to claim 1 or 5 for each region, and the deformation state and stress distribution of the entire specified curved surface shape by superimposing them. A three-dimensional model of the woven fabric comprising: a step of calculating a strain amount distribution; and a step of outputting a three-dimensional model of the entire arbitrary curved surface shape of the calculated woven fabric, a stress distribution, and a strain amount distribution. Construction method. 織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、任意の間隔で複数の経糸方向の伸張率ε1および複数の緯糸方向の伸張率εの組み合わせ時における2軸引張変形下、かつ、複数の経糸方向の曲率κまたは経糸方向の曲率半径1/κ、および複数の緯糸方向の曲率κまたは緯糸方向の曲率半径1/κの組み合わせ時における2軸純曲げ変形下にある織物の3次元モデルを複数生成し、これらの3次元モデルから応力および歪み量を計算し、これらの値をデータベースに蓄積するとともに、指定された任意の曲面形状について、織物組織の基本単位構造を1単位として経糸方向s1個、緯糸方向s2個からなる計s1×s2個の領域に分割し、分割した各領域に対して前記データベースから変形させた状態を計算し、これらを全領域について重ね合わせることにより指定された任意の曲面形状全体の変形状態、応力分布、歪み量分布を計算することを特徴とする請求項6に記載の織物の3次元モデル構築方法。 As an input value, the fabric specification data including at least one of the fabric structure diagram, the woven density of the fabric, and the thickness of the yarn and the physical property data of the yarn including at least one of the tensile property and the compression property of the yarn are used as input values. Under a biaxial tensile deformation at a combination of a plurality of warp direction elongation ratios ε 1 and a plurality of weft direction elongation ratios ε 2 at intervals, a plurality of warp direction curvatures κ 1 or a warp direction curvature radius 1 / κ 1, and a three-dimensional model of the fabric under biaxial pure bending deformation generates a plurality at a plurality of weft direction curvature kappa 2 or weft direction of the radius of curvature 1 / kappa 2 in combination, the stress from these three-dimensional model and the distortion amount calculated, as well as accumulate these values in the database, for any curved surface is specified, the warp direction s 1 pieces of basic unit structure of weave structure as a unit, from the two weft direction s That total s 1 × split s into two regions, a state of being deformed from the database calculated for each divided region, these optional designated by overlaying the entire area curved shape overall The method for constructing a three-dimensional model of a woven fabric according to claim 6, wherein the deformation state, the stress distribution, and the strain amount distribution are calculated. 織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、織物を構成している各糸の形状の3次元モデリングを行う3次元モデリング手段と、前記糸の形状が前記3次元モデリングにより集成された集合体としての織物の3次元モデルを出力する3次元モデル出力手段と、前記織物の3次元モデルを指定した経糸方向の伸張率ε1および緯糸方向の伸張率εまで2軸伸張させた場合の織物構造を再計算したうえ、前記再計算された織物の3次元モデルを出力する再計算3次元モデル出力手段と、を有することを特徴とする織物の3次元モデル構築装置。 Using the fabric structure data, the fabric standard data including at least one of the fabric density and the yarn thickness, and the physical property data of the yarn including at least one of the tensile properties and compression properties of the yarn as input values, 3D modeling means for performing 3D modeling of the shape of each constituting yarn, and 3D model output means for outputting a 3D model of the woven fabric as an aggregate in which the yarn shapes are assembled by the 3D modeling And recalculating the fabric structure when biaxially stretched to the specified warp direction elongation rate ε 1 and weft direction elongation rate ε 2 of the three-dimensional model of the fabric, and then recalculating the 3 And a recalculated three-dimensional model output means for outputting a three-dimensional model. 織物組織図、織物の織密度、糸の太さのいずれかを少なくとも含む織物規格データと、糸の引張特性、圧縮特性のいずれかを少なくとも含む糸の物理特性データとを入力値として、織物を構成している各糸の形状の3次元モデリングを行う3次元モデリング手段と、前記糸の形状が前記3次元モデリングにより集成された集合体としての織物の3次元モデルを出力する3次元モデル出力手段と、前記織物の3次元モデルを指定した経糸方向の曲率κまたは経糸方向の曲率半径1/κ、および緯糸方向の曲率κまたは緯糸方向の曲率半径1/κまで屈曲させた場合の織物構造を再計算したうえ、前記再計算された織物の3次元モデルを出力する屈曲変形3次元モデル出力手段と、を有することを特徴とする織物の3次元モデル構築装置。 Using the fabric structure data, the fabric standard data including at least one of the fabric density and the yarn thickness, and the physical property data of the yarn including at least one of the tensile properties and compression properties of the yarn as input values, 3D modeling means for performing 3D modeling of the shape of each constituting yarn, and 3D model output means for outputting a 3D model of the woven fabric as an aggregate in which the yarn shapes are assembled by the 3D modeling The warp direction curvature κ 1 or the warp direction curvature radius 1 / κ 1 , and the weft direction curvature κ 2 or the weft direction curvature radius 1 / κ 2 specified in the three-dimensional model of the fabric 3D model construction apparatus for fabric, comprising: a bending deformation 3D model output means for outputting the recalculated fabric 3D model after recalculating the fabric structure of the fabric . 指定された任意の曲面形状について、織物組織の基本単位構造を1単位として、経糸方向s1個、緯糸方向s2個からなる計s1×s2個の領域に分割する分割手段と、分割した各領域に対して請求項1または5に記載の織物構造のモデル化により変形させた状態を計算する変形状態計算手段と、これらを重ね合わせることにより前記指定された任意の曲面形状全体の変形状態、応力分布、歪み量分布を計算したうえ、前記計算された織物の任意の曲面形状全体の3次元モデル、応力分布、歪み量分布を出力する全域3次元モデル出力手段と、を有することを特徴とする織物の3次元モデル構築装置。 Dividing means for dividing a specified arbitrary curved surface shape into a total of s 1 × s 2 regions consisting of a warp direction s 1 and a weft direction s 2 with a basic unit structure of the woven fabric as one unit 6. A deformation state calculation means for calculating a state in which each region is deformed by modeling the woven fabric structure according to claim 1 or 5, and a deformation of the entire specified arbitrary curved surface shape by superimposing them. A state, stress distribution, strain amount distribution, and a three-dimensional model output unit for outputting the calculated three-dimensional model of the entire curved surface of the woven fabric, stress distribution, and strain amount distribution. A three-dimensional model construction device for textiles. 請求項8に記載した3次元モデリング手段、3次元モデル出力手段、再計算3次元モデル出力手段を実行するためのソフトウエアプログラムを記録した記録媒体。   9. A recording medium on which a software program for executing the three-dimensional modeling means, the three-dimensional model output means, and the recalculated three-dimensional model output means described in claim 8 is recorded. 請求項9に記載した3次元モデリング手段、3次元モデル出力手段、屈曲変形3次元モデル出力手段を実行するためのソフトウエアプログラムを記録した記録媒体。   A recording medium on which a software program for executing the three-dimensional modeling means, the three-dimensional model output means, and the bending deformation three-dimensional model output means according to claim 9 is recorded.
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