一种新型的织物动态悬垂性测试、评价方法及建模研究

悬垂性是织物材料的重要特性，也是评估织物服用性能的重要指标之一。并且较之静止悬垂形态，织物的动态悬垂美感与人们的生活更为息息相关。但申请者发现，尽管对织物静态悬垂的研究已延续了半个多世纪的历史，且已取得显著的成绩，由于测试方法以及相关理论研究积累等客观条件的限制，对动态悬垂的研究尚刚起步，仍缺乏基础研究。本项目致力于对织物的动态悬垂性进行测试、评价和建模研究。采用一种新型的基于空气动力学原理的测试方法对不同类型织物在流动空气中的动态悬垂性进行测试，建立合理的动态悬垂指标体系，对织物的动态悬垂性进行客观评价。建立模型，对织物微单元在流动空气中的受力情况进行分析，同时结合基于粒子－弹簧系统的织物模型，模拟不同类型织物在流动空气中的动态悬垂行为，并对所模拟结果进行合理有效地评价。本项目通过上述研究工作探索织物材料动态悬垂行为的本质，为织物的动态悬垂性测试、评价及建模研究提供理论基础。

我们在项目资助期间的研究工作可概括如下：提供了一种新型的织物动态悬垂性测试方法；研究了织物材料的自由动态悬垂性能机理；建立了流固耦合模型对织物在风中的动态弯曲和悬垂变形行为进行仿真。.织物作为一种柔性结构体材料其悬垂变形与弯曲变形密切相关，织物的悬垂行为可看做是各方向上瞬时弯曲变形的综合效果，因此我们将对织物动态弯曲性的研究作为对织物动态悬垂性研究的基础。.在研究中我们采用基于空气动力学原理的织物悬垂性测试方法并设计制造了实验装置对织物进行测试，提出了表征织物动态弯曲性和悬垂性的指标——动态弯曲角。实验中每隔1/24秒测试了动态弯曲角的值，并采用计算机图像处理技术计算试样的瞬时动态弯曲角，得到该指标随时间的变化曲线并计算平均动态弯曲角。通过上述指标和数据对相应织物的动态弯曲行为进行分析和表征。.我们设计、织造了系列棉、羊毛、天丝机织物并采用上述实验装置对其进行了动态弯曲性能测试，得到相应织物试样动态弯曲角随时间的变化曲线和平均动态弯曲角，从而对试样的动态弯曲性能进行分析和评价；在实验基础上讨论气流、织物组织结构参数等因素对机织物动态弯曲变形和悬垂性能的影响情况。.为更好研究织物在特定气流场中的自由动态弯曲/悬垂变形行为，我们建立模型对该变形行为进行模拟。在模拟织物和环境气流交互作用中，建立双向流固耦合模型，并采用二维非线性计算方法实施计算。在双向流固耦合模型中，用有限元模型构造织物，用计算流体动力学方法描述变化的气流场；将织物看做是具有几何非线性变形行为的小应力大应变柔性结构体材料。通过有限元软件ADINA对织物在气流场中的动态弯曲变形行为进行仿真计算，结果显示数值计算结果与实验取得较好的一致。采用流固耦合模型及其计算方法对于织物材料在气流环境中的动态变形仿真研究是一个新的尝试，我们目前的研究结果证实这个模型有较好可行性。