| عنوان فارسی مقاله: | مدلینگ المان محدود برش پارچه |
| عنوان انگلیسی مقاله: | Finite element modelling of fabric compression |
| دانلود مقاله انگلیسی: | برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf اینجا کلیک نمائید |
| سال انتشار | 2008 |
| تعداد صفحات مقاله انگلیسی | 17 صفحه |
| تعداد صفحات ترجمه مقاله | 23 صفحه |
| مجله | مدلسازی و شبیه سازی در علم و مهندسی مواد |
| دانشگاه | بریتانیا |
| کلمات کلیدی | – |
| نشریه IOP | IOP |
فهرست مطالب:
چکیده
۱ مقدمه
۲ مدل سازی هندسی منسوجات، مواد و FE
۱٫۲ مدل سازی هندسی
۲٫۲ مدل سازی مواد
۳٫۲ اجرای FE
۳ شرایط مرزی متناوب
۱٫۳ شرایط مرزی ۱ (BC1) : چرخش محض
۲٫۳ پیش بینی نیرو و زاویه برش در BC1
۳٫۳ تحلیل سینماتیک قاب تصویر
۴٫۳ اجرای شرایط مرزی متناوب یکپارچه اختلاف- جابجایی (BC2)
۴ مطالعه حساسیت
۵ نتیجه گیری
بخشی از ترجمه:
چکیده
در این مطالعه، برای پیش بینی نیروی برش در برابر زاویه برش پارچه های بافته شده از مدل المان محدود استفاده شده است. مدل مذکور بر اساس طرح مدل سازی هندسی TexGen توسعه یافته در دانشگاه ناتینگهام ومدلهای سازنده ارتوتروپی برای وضعیت نخ به همراه شرایط مرزی متناوب اختلاف- جابجایی عمل می کند. عامل متمایز کننده مدل سازی پیشین برش پارچه در آن است که جزئیات سینماتیک قاب تصویر در مدل لحاظ شده و به همین خاطر مکانیسم برش پارچه را به درستی می توان معرفی نمود. برای تعیین تاثیر مکانیسم های تغییر شکل مزو و میکرو بر اتلاف انرژی در طول برش ، به دقت مورد بررسی قرار گرفته اند. مدل معرفی شده با استفاده از نتایج بدست آمده برای پارچه ساده بافت فایبرگلاس مورد ارزیابی قرار گرفته و اهمیت شرایط مرزی در تحلیل مکانیسم های تغییر شکل روشن شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که شرایط مرزی چرخش ساده برای پیش بینی نیروی برش در شرایط تغییر شکل وسیع بسنده کرده و به خاطر بهم فشردگی نخ، بخش کثیری از انرژی در شرایطی تلف می شود که زاویه برش بالاتر باشد. در شرایط تغییر شکل اندک، نیاز به تحلیل سینماتیکی مشروح می باشد، چرا که به کمک این روش مکانیسم های تغییر شکل برش و برش را به درستی می توان مدل سازی نمود.
5. نتایج
در اینجا شیوه مدل سازی المان محدود بر اساس طرح مدل سازی پارچه TexGen با استفاده از شرایط مرزی متناوب اختلاف- جابجایی یکپارچه و تئوری پیوستار برای رفتار مواد ارتوتروپیکی با ساختار مزو ارائه شده است. هدف اصلی این مطالعه، تکیه بر اهمیت و معناداری شرایط مرزی در پیش بینی صحیح مکانیسم های تغییر شکل و نیروی برش می باشد. شرایط مرزی چرخش ساده برای پیش بینی نیروی برش در تغییر شکل وسیع بسنده می کند، بخش عظیمی از انرژی به خاطر تراکم و به هم فشردگی نخ ، در زاویه برش بالاتر تلف شده است. در مورد تغییر شکل اندک، نیاز به تحلیل سینماتیکی مفصلی می باشد که امکان پیش بینی برش نخ و تغییر شکل چرخشی برای برش پارچه را فراهم می آورد. در این وضعیت انرژی تلف شده توسط مکانیسم های مجزا را می توان مدل سازی نمود، به عبارتی تغییر شکل نخ در مقیاس مزو (چرخش) و لغزش الیاف پارچه در مقیاس میکرو در نخ. مکانیسم های لغزش برشی و چرخش در برگیرنده اصطکاک بین نخ ها و الیاف لغزشی می باشند که نیازمند مدل سازی اثرات اصطکاک پارچه در سطوح مختلف ، به عبارتی برش در مناطق درون نخی و میان نخی و بین کراس اور نخ می باشند. موفقیت آن نقش و سهم بسیار زیادی در پیش بینی زیبایی و راحتی پارچه لباس دارد.
با توجه به مطالعه حساسیت، می توان به این نتیجه رسید که مقاومت نسبت به چرخش نسبی نخ و تراکم و بهم فشردگی نخ مکانیسم های تعیین کننده ای برای پاسخ پارچه نسبت به برش میان سطحی محسوب می شوند. نیروهای برشی در نخ به خاطر سختی برشی پائین نخ، کسر کوچکی از کل نیروی تغییر شکل را به خود اختصاص می دهند. در صورت تغییر درمحدوده وسیع، سختی در امتداد جهت نخ نیزبه خاطر افزایش چین به نسبت بالا رفتن زاویه برش، بر برش پارچه تاثیر می گذارد.
در حال حاضر، مدل معرفی شده نمی تواند لغزش ریزساختاری را کاملاً پیش بینی نماید، زیرا المان پیوستار کرنش برشی الیاف درون آن را به درستی منعکس نمی کند. به همین خاطر، درستی روند مدل سازی برش نخ مهم نیست، مسئله اصلی آن است که تنش داخلی الیاف را نمی توان هیچ گاه به درستی مدل سازی نمود. توسعه آتی مدل نیازمند مدل سازی فرعی مفصل تری (مدل سازی نخ) است تا بدین طریق امکان مدل سازی درست مکانیسم لغزش الیاف فراهم آید.
بخشی از مقاله انگلیسی:
Abstract
The mechanical behaviour of woven fabric under compression is investigated using 3D finite element analysis in conjunction with a nonlinear mechanical model for the yarn. The FE model captures the main fabric compression response, including geometric and material nonlinearities, yarn interactions and hysteresis. It is found that the behaviour of fabric in compression is governed by the stiffness of the yarn cross-section and the transverse–longitudinal shear modulus. The stiffness along the yarn direction has no noticeable effect. The model is sufficient to simulate the known responses of a fabric as well as to predict the behaviour of novel fabrics based on the properties of the component yarns and yarn interactions.
5. Discussion and conclusions
A FE unit cell compression model has been developed for woven textiles. One of its major advantages over other approaches is that it is able to capture the most important characteristics of the material under compressive loading. Nonlinear geometric and nonlinear material behaviours are the most important features to be modelled. Yarn compaction and, to a lesser extent, yarn bending deformations are the main mechanisms which influence the compaction behaviour.
The model results have confirmed that unit cell compression behaviour is controlled by the transverse yarn stiffness and transverse–longitudinal shear behaviour. Yarn longitudinal stiffness has essentially no influence. Friction between yarns has a small effect during cyclic loading. The compression behaviour of a unit cell also depends on yarn shape and yarn spacing. These findings could inform analytical modelling development and, ultimately, textile design.
Although the model presented here is able to capture the most important responses of a unit cell to compressive loading, a fundamental issue is that the yarn was modelled as a continuum solid body which is unable to accurately capture real yarn deformation mechanisms. A yarn is a bundle of fibres. The meso-bending and shearing behaviour and cross-section compaction behaviour of the yarn are very complex. The internal fibre strains cannot be correctly represented by traditional continuum elements. Development of a finite element which can capture the internal fibre strains either by replacing continuum elements or by working in conjunction with them may solve the issue. This may be achieved, for example, by embedding truss elements inside continuum elements to represent each individual fibre or a group of fibres. The truss elements could represent the tensile and flexural modulus of the fibres. Another hurdle is in finding data for transverse–longitudinal shear behaviour for yarns. This indicates a requirement for fundamental modelling of yarn behaviour. The authors are currently studying this problem as part of collaborative research.
| عنوان فارسی مقاله: | مدل سازی المان محدود برش پارچه |
| عنوان انگلیسی مقاله: | Finite element modelling of fabric compression |
