緯編兩面提花針織物的仿真結(jié)構(gòu)模型

梁佳璐 叢洪蓮

摘要： 緯編兩面提花針織物正反兩面均可提花，花型效果豐富，組織結(jié)構(gòu)多變，但編織效果難以預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)打樣難度高。文章首先分析緯編兩面提花針織物的結(jié)構(gòu)特征，接著開發(fā)成圈結(jié)構(gòu)和浮線結(jié)構(gòu)兩面提花織物來(lái)分析線圈結(jié)構(gòu);定義及測(cè)量描述線圈相對(duì)位置的質(zhì)和線圈幾何結(jié)構(gòu)的型值點(diǎn)，通過(guò)關(guān)系式確定不同線圈質(zhì)點(diǎn)變形系數(shù)和型值點(diǎn)變形系數(shù)。以織物線圈為研究對(duì)象，基于實(shí)驗(yàn)測(cè)量的仿真結(jié)構(gòu)模型真實(shí)地描述了織物線圈結(jié)構(gòu)，通過(guò)建立織物參數(shù)與線圈結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系，為織物的仿真結(jié)構(gòu)模型的快速建立提供了支持。最終，建立以橫密、縱密、正反線圈比為參數(shù)的仿真結(jié)構(gòu)模型。

關(guān)鍵詞： 緯編;兩面提花;仿真;結(jié)構(gòu)模型;線圈變形

中圖分類號(hào)： TS184.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1001-7003（2020）11-0035-06

引用頁(yè)碼： 111106

Abstract： The weft-knitted two-side jacquard fabric can be jacquard on both sides. The pattern effect is rich and the weave structure is variable. However， the knitting effect is difficult to predict and the design and sample making are difficult. Firstly， the structural characteristics of the weft-knitted two-side jacquard fabric were analyzed. Then， two-side jacquard fabrics of the looping structure and the missing structure were designed to analyze the loop structure. Defining and measuring mass points that describe the loop relative position and date points that describe the loop geometry structure. Meanwhile， data points of loop geometry structure were described. The deformation coefficient of mass points and deformation coefficient of data points of different loops were determined by the relational expression. The fabric loop was chosen as the research object. The simulation structure model based on the experimental measurement described the fabric loop structure truly. The support was provided for the rapid establishment of the fabric simulation structure model by establishing the correlation between the fabric parameters and the loop structure. Finally， a simulation structure model with the parameters of cpi， wpi and front & back loop ratio was established.

Key words： weft knitting; two-side jacquard; simulation; structure model; loop deformation

緯編兩面提花針織物是指按花紋要求在針筒織針或針盤織針上選針編織成圈，未被選中的織針浮線編織，形成的一種花色織物，具有組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，花型變化豐富，發(fā)展前景良好的優(yōu)勢(shì)，也具有編織效果預(yù)測(cè)不良，設(shè)計(jì)開發(fā)難度較大的缺點(diǎn)。對(duì)緯編兩面提花針織物進(jìn)行仿真結(jié)構(gòu)模型的建立可以真實(shí)形象地模擬針織物整體風(fēng)格，可以為該織物的新品開發(fā)、工藝原理、性能研究提供理論支持[1]。

對(duì)織物進(jìn)行模擬仿真的研究中，以線圈為主要研究對(duì)象，主要分為對(duì)單個(gè)線圈結(jié)構(gòu)的研究和對(duì)多個(gè)線圈結(jié)構(gòu)的研究。在對(duì)單個(gè)線圈結(jié)構(gòu)的研究中，以緯編Pierce經(jīng)典模型為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)緯編針織物的基本線圈單元進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)分析，利用三角函數(shù)構(gòu)建線圈曲線段的數(shù)學(xué)模型，再將其組合擬合線圈屈曲形態(tài)[2];在三維Pierce線圈模型基礎(chǔ)上，引入B樣條及橢圓描述線圈，弧段用橢圓描述，圈柱用三次B樣條曲線模擬，從而建立三維幾何線圈模型[3];通過(guò)織物結(jié)構(gòu)參數(shù)及插入三次B樣條曲線建立緯編織物的三維幾何模型[4-5];通過(guò)使用NURBS曲線的可控性建立了緯編單面提花織物的線圈幾何結(jié)構(gòu)模型[6];根據(jù)針織物實(shí)際線圈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定了線圈模型形態(tài)的型值點(diǎn)，通過(guò)反算法求取3次非均勻有理B樣條曲線控制點(diǎn)，構(gòu)建線圈紗線中心線模型[7-8]。在對(duì)多個(gè)線圈結(jié)構(gòu)的研究中，通過(guò)使用顯微鏡拍攝并測(cè)量不同線圈單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)，總結(jié)出不同線圈結(jié)構(gòu)對(duì)織物形態(tài)的影響規(guī)律，在質(zhì)點(diǎn)模型的基礎(chǔ)上建立了線圈的幾何結(jié)構(gòu)模型[9-10];在研究織物結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，通過(guò)測(cè)量分析各控制點(diǎn)的坐標(biāo)位置，在成圈模型的基礎(chǔ)上得出織物線圈變形的規(guī)律，如緯編仿蕾絲織物[11]、反面為縱條紋和芝麻點(diǎn)的緯編均勻提花針織物[12];測(cè)量真實(shí)線圈的變形量，通過(guò)反算得出質(zhì)點(diǎn)位移量，再通過(guò)Velocity Verlet數(shù)值積分方法得出所有質(zhì)點(diǎn)位移量，從而得出線圈變形[13-14]。綜上可以發(fā)現(xiàn)，織物的模擬仿真都是從織物線圈的幾何結(jié)構(gòu)入手研究，且緯編兩面提花針織物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相關(guān)的模擬仿真研究較少。因此，在織物線圈幾何結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行緯編兩面提花針織物的仿真結(jié)構(gòu)研究具有重要意義。

緯編兩面提花針織物按照生產(chǎn)設(shè)備分為圓型緯編針織物和平型緯編針織物兩種類型，平型緯編機(jī)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，編織線圈類型多樣，緯編針織物容易實(shí)現(xiàn)兩面提花編織;圓型緯編機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，編織線圈種類有限，針織物不容易實(shí)現(xiàn)兩面提花編織。按照編織方法根據(jù)是否單獨(dú)采用一路連接紗僅連接織物正反兩面分為兩種類型，單獨(dú)采用一路連接紗連接織物正反兩面工藝簡(jiǎn)單，表面平整，正反兩面花型獨(dú)立性高;不單獨(dú)采用一路連接紗連接織物正反兩面工藝復(fù)雜，立體感強(qiáng)，正反兩面花型具有相關(guān)性。

本文的研究對(duì)象是圓型緯編兩面提花針織物，且不單獨(dú)采用一路連接紗連接織物正反兩面;織物組織結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，即在織物一面成圈浮線共同編織，另一面固定全成圈編織。本文首先研究緯編兩面提花針織物的表面二維形態(tài)結(jié)構(gòu)特征;設(shè)計(jì)相應(yīng)的成圈結(jié)構(gòu)織物和浮線結(jié)構(gòu)織物研究織物線圈結(jié)構(gòu);以線圈根部作為質(zhì)點(diǎn)確定線圈的相對(duì)位置，進(jìn)行線圈質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量;以8個(gè)型值點(diǎn)確定線圈的幾何結(jié)構(gòu)，進(jìn)行線圈型值點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量;通過(guò)關(guān)系式確定不同線圈質(zhì)點(diǎn)變形系數(shù)和型值點(diǎn)變形系數(shù)，實(shí)現(xiàn)緯編兩面提花針織物仿真結(jié)構(gòu)模型的建立。

1?結(jié)構(gòu)特征

1.1?織物結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)織物正反兩面花型特點(diǎn)，將緯編兩面提花針織物分為緯編兩面相似花紋提花針織物和緯編兩面獨(dú)立花紋提花針織物兩種類型。

緯編兩面相似花紋提花針織物正反兩面花型輪廓相同，在織物兩面相對(duì)的花型部位呈現(xiàn)不同的提花效果，如圖1所示。圖1（a）是織物正面結(jié)構(gòu)圖，圖1（b）圖是織物反面結(jié)構(gòu)圖，可以看出織物正反兩面的花型輪廓都是四葉草形狀。

緯編兩面獨(dú)立花紋提花針織物的正反兩面具有不同的提花效應(yīng)，僅依靠連接點(diǎn)連接織物的正反兩面，如圖2所示。圖2（a）是織物正面結(jié)構(gòu)圖，表面呈現(xiàn)大花朵的提花效果;圖2（b）是織物反面結(jié)構(gòu)圖，呈現(xiàn)出花葉交織的花紋效果，織物兩面的花型效果不同。

1.2?線圈結(jié)構(gòu)特征

線圈是緯編兩面提花針織物的基本組成部分，且織物兩面均顯示成圈線圈，在上機(jī)提花編織的過(guò)程中，選中的織針進(jìn)行成圈編織，形成未變形的線圈;未被選中的織針會(huì)進(jìn)行浮線動(dòng)作，該位置形成浮線，引起結(jié)構(gòu)形變，導(dǎo)致織物中相鄰線圈受力發(fā)生變化，形成變形線圈。

織物中成圈結(jié)構(gòu)實(shí)物如圖3所示?？椢镎磧擅婢€圈大小相似、排列均勻，織物中不存在變形線圈。

單針三列浮線結(jié)構(gòu)織物實(shí)物如圖4所示，上一路編織的線圈縱向拉伸形成拉長(zhǎng)線圈2，拉長(zhǎng)線圈下機(jī)后發(fā)生回縮，引起上下相鄰縱行線圈1和3發(fā)生縱向靠近拉長(zhǎng)線圈的變形。從圖4可以看出，拉長(zhǎng)線圈正反兩面左右相鄰縱行線圈排列整齊，因此可忽略此處浮線結(jié)構(gòu)引起的變形。在浮線結(jié)構(gòu)織物中，研究的線圈變形主要是拉長(zhǎng)線圈及其上下相鄰的線圈。

2?前期準(zhǔn)備

2.1?測(cè)試原理

成圈結(jié)構(gòu)織物基本線圈排列整齊，通過(guò)對(duì)織物基本線圈的圈距、圈高參數(shù)測(cè)量，進(jìn)而確定織物基本線圈質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位置。在實(shí)際應(yīng)用中，織物基本線圈圈距和圈高測(cè)量需要借助精密的儀器進(jìn)行，可以采用織物橫密和織物縱密來(lái)近似表示織物的圈距和圈高參數(shù)，以此提高線圈圈距圈高參數(shù)測(cè)量的便捷性。織物基本線圈橫密PA和圈距W的關(guān)系式如式（1）所示，織物基本線圈縱密PB和圈高H的關(guān)系如式（2）所示：

式中：PA為織物基本線圈橫密，個(gè)縱行/5 cm;W為基本線圈圈距，mm;PB為織物基本線圈縱密，個(gè)橫列/5 cm;H為基本線圈圈高，mm。

將浮線結(jié)構(gòu)織物每個(gè)需要測(cè)量的線圈根部作為線圈的質(zhì)點(diǎn)，代表織物線圈所在位置，將線圈簡(jiǎn)化，研究織物線圈變形狀態(tài)下的位置關(guān)系，從而確定織物線圈的相對(duì)位置。由于浮線結(jié)構(gòu)織物研究的變形線圈的位置和數(shù)量不同，采用統(tǒng)一的關(guān)系式來(lái)表示織物變形線圈質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)，以此提高模型的科學(xué)性和適用性。以浮線結(jié)構(gòu)織物拉長(zhǎng)線圈的質(zhì)點(diǎn)P（x，y）原點(diǎn)，分別引入系數(shù)a和b表示變形線圈質(zhì)點(diǎn)橫、縱坐標(biāo)值與對(duì)應(yīng)織物基本線圈的圈距W、圈高H的比值，均可以通過(guò)關(guān)系式和織物線圈實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反算求出。采用式（3）（4）來(lái)分別表示織物不同變形線圈的質(zhì)點(diǎn)P（x，y），關(guān)系式僅適用于變形線圈：

P（x，y）.x=-W（1-a）拉長(zhǎng)線圈左相鄰縱行-Wa拉長(zhǎng)線圈縱行W（1-a）拉長(zhǎng)線圈右相鄰縱行（3）

織物實(shí)際線圈測(cè)量的8個(gè)點(diǎn)是型值點(diǎn)Pn（x，y），n=1、2、3、4、5、6、7、8，以此描述線圈不同型值點(diǎn)的坐標(biāo)位置，從而建立線圈的幾何結(jié)構(gòu)，分別定義8個(gè)型值點(diǎn)橫、縱坐標(biāo)值與對(duì)應(yīng)織物基本線圈的圈距W、圈高H的比值為cn和dn，n=1、2、3、4、5、6、7、8。同一個(gè)線圈質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)和8個(gè)型值點(diǎn)坐標(biāo)之間存在式（5）（6）所示的關(guān)系：

式中：cn為織物線圈型值點(diǎn)橫向變形系數(shù)，-1≤cn≤1;dn為織物線圈型值點(diǎn)縱向變形系數(shù)，-m≤dn≤m。

2.2?測(cè)試方法

對(duì)緯編線圈進(jìn)行受力分析，緯編線圈的針編弧和沉降弧與上下左右相鄰縱行線圈接觸并受力，因此將線圈型值點(diǎn)的分布主要位于兩個(gè)弧段位置可以表示線圈的結(jié)構(gòu)特征。將研究的線圈根部作為原點(diǎn)，線圈圈距方向作為X軸，線圈圈高方向作為Y軸，沿順時(shí)針?lè)较蚨x型值點(diǎn)編號(hào)，將線圈沉降弧和上一橫列線圈重合的水平方向較寬的兩個(gè)點(diǎn)定義為P1、P8，將線圈根部?jī)蓚?cè)紗線中心點(diǎn)定義為P2、P7，將線圈針編弧和下一橫列線圈重合的水平方向較寬的兩個(gè)點(diǎn)定義為P3、P6，將線圈針編弧和下一橫列線圈重合的水平方向較窄的兩個(gè)點(diǎn)定義為P4、P5。從而確定緯編織物線圈8個(gè)型值點(diǎn)的位置分別為P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8，依次測(cè)量各個(gè)型值點(diǎn)的坐標(biāo)，確定變形線圈的幾何結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

由于提花織物的正反兩面均顯示成圈線圈，且線圈大小相近，尺寸變化不明顯，因此采用無(wú)錫微迪光學(xué)公司的Dino-lite手持式數(shù)碼顯微鏡對(duì)織物不同線圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍照，然后使用DinoCapture 2.0軟件對(duì)拍攝的照片進(jìn)行相關(guān)線圈參數(shù)的測(cè)量。

成圈結(jié)構(gòu)織物測(cè)量基本線圈，即織物表面大小均勻的3×3個(gè)線圈;浮線結(jié)構(gòu)織物測(cè)量正反線圈比是1︰1的組織部分的線圈是織物表面大小均勻的3×3個(gè)線圈，測(cè)量正反線圈比是1︰2、1︰3和1︰4的組織部分的線圈是織物正面拉長(zhǎng)線圈和以拉長(zhǎng)線圈為中心的上下相鄰橫列線圈，即上中下3個(gè)線圈。測(cè)量成圈結(jié)構(gòu)織物和浮線結(jié)構(gòu)織物基本線圈圈距和圈高參數(shù)，確定不同織物樣布基本線圈的大小;以拉長(zhǎng)線圈質(zhì)點(diǎn)為原點(diǎn)，對(duì)浮線結(jié)構(gòu)織物進(jìn)行質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量;對(duì)成圈結(jié)構(gòu)織物和浮線結(jié)構(gòu)織物中線圈的8個(gè)型值點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。每款織物相關(guān)參數(shù)均測(cè)量5次，并求平均值。

2.3?樣布開發(fā)

為了便于織物線圈的觀察，織物開發(fā)時(shí)使用的紗線表面應(yīng)該光滑且無(wú)彈，開發(fā)樣布使用的機(jī)器機(jī)號(hào)較低，織造的織物線圈較大且排列整齊，易于觀察線圈變形情況。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件選擇采用70 tex的白色精梳環(huán)錠紡T 65/JC 35紗線在E 16、30″、48F的OVJA 1.6 EE 3/2 WT邁耶西兩面電腦提花機(jī)上編織織物。

緯編兩面提花針織物反面呈現(xiàn)全成圈的緯平針織物組織外觀，織物正面根據(jù)提花原理進(jìn)行編織，常見的提花編織循環(huán)路數(shù)一般在2～4，所以設(shè)定織物樣布的正反線圈比為1︰1、1︰2、1︰3和1︰4。將正反線圈比為1︰1的織物組織中未發(fā)生變形的線圈定義為基本線圈，浮線結(jié)構(gòu)織物中設(shè)計(jì)基本線圈的目的是測(cè)量該織物的圈距和圈高參數(shù)。成圈結(jié)構(gòu)織物主要用于分析未變形的線圈結(jié)構(gòu)，浮線結(jié)構(gòu)織物主要用于分析變形線圈結(jié)構(gòu)及其上下相鄰橫列線圈的關(guān)系。

綜上，本文開發(fā)的織物類型分為成圈結(jié)構(gòu)和浮線結(jié)構(gòu)2種，成圈結(jié)構(gòu)織物采用羅紋組織，具有正反線圈比為1︰1的結(jié)構(gòu);浮線結(jié)構(gòu)織物中分別具有正反線圈比為1︰1、1︰2、1︰3和1︰4的結(jié)構(gòu)，開發(fā)浮線結(jié)構(gòu)織物結(jié)構(gòu)如圖6所示。

經(jīng)過(guò)水洗定型后，測(cè)試兩款織物的基本參數(shù)，測(cè)量5次并求平均值。成圈結(jié)構(gòu)織物的橫向密度是34.4個(gè)縱行/5 cm，縱向密度是47.8個(gè)橫行/5 cm;浮線結(jié)構(gòu)織物的橫向密度是36.4個(gè)縱行/5 cm，縱向密度是50個(gè)橫行/5 cm。

3?模型建立

3.1?成圈結(jié)構(gòu)織物

緯編兩面提花針織物編織時(shí)使用的圓機(jī)是羅紋對(duì)針配置，正面線圈和反面線圈的橫坐標(biāo)之間的距離相差半個(gè)圈距，正面線圈和反面線圈的縱坐標(biāo)數(shù)值相同。通過(guò)對(duì)成圈結(jié)構(gòu)織物基本線圈橫密和縱密的測(cè)量，3×3個(gè)線圈位置關(guān)系如表1所示，同時(shí)確立了浮線結(jié)構(gòu)織物中未變形線圈的質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)。

通過(guò)對(duì)成圈結(jié)構(gòu)織物線圈型值點(diǎn)的坐標(biāo)測(cè)量，從而得出織物每一個(gè)基本線圈的幾何結(jié)構(gòu)，結(jié)果如表2所示。

在表1確定的織物線圈相對(duì)位置的基礎(chǔ)上，引入表2確定的織物線圈的幾何結(jié)構(gòu)，可以得到成圈結(jié)構(gòu)織物的仿真結(jié)構(gòu)模型，如圖7所示。

3.2?浮線結(jié)構(gòu)織物

通過(guò)對(duì)浮線結(jié)構(gòu)織物正反線圈比1︰1組織部分線圈的橫密和縱密測(cè)量，以拉長(zhǎng)線圈的質(zhì)點(diǎn)P（x，y）為中心，反算出織物正面線圈質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)關(guān)系式系數(shù)m、a和b，如表3所示。

從表3可以看出，織物線圈質(zhì)點(diǎn)橫向變形系數(shù)a的變化差異較小，線圈質(zhì)點(diǎn)縱向變形系數(shù)b與正反線圈比m呈正相關(guān)關(guān)系。再進(jìn)行正反線圈比1︰2、1︰3和1︰4組織部分中不同線圈型值點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量，以確定變形線圈的幾何結(jié)構(gòu)，結(jié)果如表4所示。

通過(guò)表3所示織物正面線圈質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)關(guān)系式系數(shù)得到浮線結(jié)構(gòu)織物的線圈相對(duì)位置，引入表4中織物正面線圈型值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)，以拉長(zhǎng)線圈質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)為原點(diǎn)得到織物正面線圈的仿真結(jié)構(gòu)模型，如圖8所示。

4?結(jié)?論

本文研究緯編兩面提花針織物的研究背景、織物結(jié)構(gòu)特征和線圈結(jié)構(gòu)特征，在測(cè)試原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)成圈結(jié)構(gòu)和浮線結(jié)構(gòu)織物，通過(guò)數(shù)據(jù)分析建立了緯編兩面提花針織物的仿真模型。

1） 本文以實(shí)驗(yàn)測(cè)量和關(guān)系式反算的方法建立以橫密、縱密、正反線圈比為參數(shù)的緯編兩面提花針織物的仿真模型，提供了織物仿真結(jié)構(gòu)模型快速構(gòu)建的參考。

2） 本文研究的織物組織結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，即在織物一面成圈浮線共同編織，另一面固定全成圈編織，今后需要增加織物正反兩面的結(jié)構(gòu)變化來(lái)研究織物仿真結(jié)構(gòu)模型。

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