纖維集合體力學

緒論1
0.1纖維集合體概念及范疇1
0.2纖維集合體分類2
0.2.1纖維4
0.2.2長絲紗5
0.2.3短纖維紗線6
0.2.4變形紗8
0.2.5機織物9
0.2.6針織物10
0.2.7非織造布11
0.2.8編織物12
0.3纖維集合體力學發(fā)展歷史沿革14
0.3.1機織物幾何結(jié)構(gòu)15
0.3.2機織物結(jié)構(gòu)力學17
0.3.3非織造布21
1連續(xù)介質(zhì)與纖維集合體31
1.1連續(xù)介質(zhì)物質(zhì)構(gòu)成31
1.1.1基本概念32
1.1.2基本假設(shè)和發(fā)展歷史32
1.2連續(xù)介質(zhì)及其變形描述33
1.2.1應力應變定義33
1.2.2物體變形38
1.3纖維集合體構(gòu)成和結(jié)構(gòu)分級44
1.4從分子層級模擬纖維45
1.4.1構(gòu)造、結(jié)構(gòu)和性能45
1.4.2聚合物形式46
1.4.3天然纖維47
1.4.4人造纖維49
1.4.5無機纖維50
1.5纖維結(jié)構(gòu)性能模擬50
1.5.1力學響應50
1.5.2其他性質(zhì)52
1.6紗線結(jié)構(gòu)性質(zhì)模擬52
1.6.1紗線類型52
1.6.2紗線結(jié)構(gòu)52
1.6.3紗線力學54
1.7織物結(jié)構(gòu)性能模擬55
1.7.1機織與針織物結(jié)構(gòu)55
1.7.2幾何模型59
1.7.3力學模型67
1.8總結(jié)69
2纖維集合體力學基礎(chǔ)73
2.1引言73
2.2纖維分類74
2.3紡織品和紡織復合材料功能74
2.4纖維結(jié)構(gòu)建模76
2.4.1天然纖維結(jié)構(gòu)建模77
2.4.2合成纖維結(jié)構(gòu)78
2.5纖維幾何結(jié)構(gòu)統(tǒng)計模型81
2.5.1纖維長度分布81
2.5.2纖維直徑分布83
2.5.3纖維橫截面模型86
2.5.4纖維空間形狀建模87
2.5.5外觀輪廓建模90
2.6單纖維力學性質(zhì)建模91
2.7纖維黏彈性97
2.7.1蠕變和松弛模型98
2.7.2無限單元模型100
2.7.3非線性模型101
2.7.4溫度依賴性103
2.8纖維摩擦性能104
2.9纖維集合體模型106
2.9.1線性纖維集合體的不均勻性107
2.9.2混紡纖維性能110
2.9.3纖維集合體結(jié)構(gòu)的力學性能112
2.10結(jié)論116
3纖維摩擦和纖維集合體壓縮性質(zhì)127
3.1纖維摩擦性質(zhì)127
3.1.1引言127
3.1.2纖維、金屬和聚合物的結(jié)構(gòu)和性能差異128
3.1.3經(jīng)典摩擦公式129
3.1.4纖維摩擦實驗129
3.1.5摩擦行為結(jié)構(gòu)模型130
3.1.6摩擦常數(shù)通用公式和結(jié)構(gòu)133
3.1.7摩擦影響因素134
3.1.8實驗結(jié)果研究135
3.1.9極端法向力下紡織品摩擦性質(zhì)143
3.1.10羊毛纖維摩擦144
3.1.11纖維摩擦性質(zhì)總結(jié)147
3.2纖維集合體壓縮性質(zhì)147
3.2.1羊毛壓縮性概述——van Wyk壓縮理論147
3.2.2纖維集合體壓縮性質(zhì)模型與數(shù)值模擬 153
4紗線拉伸性質(zhì)181
4.1平行長絲紗181
4.2加捻長絲紗186
4.2.1應力分析方法187
4.2.2長絲紗線斷裂過程特征200
4.3加捻短纖紗205
4.3.1短纖維純紡紗 205
4.3.2短纖維混紡紗216
5紗線扭轉(zhuǎn)性質(zhì)223
5.1纖維扭轉(zhuǎn)性質(zhì)223
5.1.1纖維扭轉(zhuǎn)剛度223
5.1.2扭轉(zhuǎn)實驗方法227
5.1.3纖維扭轉(zhuǎn)破壞228
5.2長絲紗扭轉(zhuǎn)性質(zhì)229
5.2.1纖維彎曲對紗線扭轉(zhuǎn)的影響229
5.2.2纖維扭轉(zhuǎn)對紗線扭矩的影響234
5.2.3纖維拉伸對紗線扭矩的影響238
5.3短纖紗的扭轉(zhuǎn)性質(zhì)240
6機織物結(jié)構(gòu)力學模型243
6.1機織物結(jié)構(gòu)力學模型意義與目標243
6.2機織物力學性質(zhì)243
6.2.1多尺度研究243
6.2.2纖維性能245
6.3機織物多尺度力學建模246
6.3.1幾何模型246
6.3.2連續(xù)介質(zhì)力學模型246
6.3.3離散法247
6.3.4半離散單元247
6.4機織物單胞和幾何模型249
6.5機織物力學實驗250
6.5.1雙軸向拉伸測試250
6.5.2面內(nèi)剪切測試251
6.5.3彎曲測試252
6.5.4橫向壓縮253
6.6機織物單胞變形細觀尺度三維模型254
6.6.1本構(gòu)模型254
6.6.2周期性對稱邊界條件256
6.6.3雙軸向拉伸258
6.6.4面內(nèi)剪切258
6.6.5橫向壓縮259
6.6.6滲透率計算260
6.7圖像分析：全域數(shù)字圖像相關(guān)法和X射線斷層掃描260
6.7.1全域數(shù)字圖像相關(guān)法260
6.7.2 X射線斷層掃描260
6.8結(jié)論和展望262
7針織物建模與可視化269
7.1針織物結(jié)構(gòu)建模目的269
7.2針織結(jié)構(gòu)種類269
7.3結(jié)構(gòu)尺度271
7.4中觀尺度針織物結(jié)構(gòu)單元273
7.4.1線圈273
7.4.2添紗組織273
7.4.3握持組織274
7.4.4浮線組織274
7.4.5集圈或壓圈275
7.4.6移圈組織275
7.4.7襯緯組織276
7.4.8襯墊組織276
7.4.9其他改性結(jié)構(gòu)單元276
7.5建模步驟276
7.6模型建立277
7.6.1輸入數(shù)據(jù)277
7.6.2拓撲生成278
7.6.3紗線路徑表示法283
7.6.4力學模型284
7.6.5紗線接觸288
7.6.6紗線截面形態(tài)和紗線路徑288
7.6.7紗線不勻288
7.7后處理289
7.7.1紗體繪制289
7.7.2可視化289
7.8其他類型模型290
7.9面料模擬應用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢290
7.10結(jié)論290
8編織與其他紡織復合材料結(jié)構(gòu)與力學性能295
8.1紡織結(jié)構(gòu)復合材料295
8.2二維織物295
8.2.1直接成型織物296
8.2.2機織物296
8.2.3緯編針織物297
8.2.4經(jīng)編針織物298
8.2.5編織物300
8.2.6混雜織物301
8.3三維織物301
8.3.1三維機織物301
8.3.2三維編織織物302
8.3.3正交鋪紗織物 303
8.4剛度/柔度矩陣均勻化計算303
8.4.1基體修正法304
8.4.2彎曲纖維模型305
8.4.3平均剛度法306
8.4.4平均柔度法308
8.4.5剛度柔度混合法308
8.5橋聯(lián)模型309
8.6數(shù)值模型比較311
8.6.1與三維正交類復合材料實驗數(shù)據(jù)對比311
8.6.2與二維機織物實驗數(shù)據(jù)對比312
8.7數(shù)值模型在有限元分析中的應用315
8.7.1傳統(tǒng)有限元分析315
8.7.2混雜有限元分析316
8.8非單胞方法317
9非織造材料結(jié)構(gòu)力學與過濾性質(zhì)326
9.1引言326
9.2非織造布結(jié)構(gòu)模型328
9.3非織造布中孔徑與孔徑分布模擬330
9.3.1孔徑模型330
9.3.2孔徑分布模型331
9.4拉伸強度332
9.4.1拉伸強度各向同性模型332
9.4.2小應變下力法模型334
9.4.3能量分析方法334
9.5非織造布彎曲剛度335
9.6非織造布比滲透率模型336
9.6.1比滲透率理論模型336
9.6.2三維各向異性非織造布的方向滲透率339
9.6.3非織造布定向毛細壓力和流體芯吸341
9.7熱阻和導熱系數(shù)343
9.8聲阻345
9.8.1理論模型345
9.8.2經(jīng)驗模型348
9.9非織造布顆粒過濾性能349
9.9.1過濾性能評價350
9.9.2過濾機制351
9.9.3干燥空氣過濾過濾效率351
9.9.4壓力降354
9.10展望和進一步閱讀材料354
10織物性能表征與測試361
10.1引言361
10.2機織物拉伸測試362
10.3織物剛度(彎曲)測試364
10.4織物剪切測試概念366
10.5織物撕裂強力368
10.6織物剪切測試方法370
10.6.1舌形法(單縫法)370
10.6.2梯形法(翼形撕裂法)372
10.6.3落擺試驗(Elmendorf裝置)373
10.7 Kawabata評價系統(tǒng)KES375
10.7.1拉伸性質(zhì)375
10.7.2剪切性能375
10.7.3彎曲性能376
10.7.4壓縮性能377
10.7.5表面性能377
10.8 FAST測試系統(tǒng)378
10.9織物壓縮性能378
10.10織物的變形機理總結(jié)379
10.11作為復合材料結(jié)構(gòu)增強體的纖維集合體379
10.11.1增強聚合物復合材料的疲勞380
10.11.2剛性聚合物基復合材料和彈性基復合材料381
10.11.3預測試驗的基本知識381
10.12層合板的基本力學：在測試中的應用382
10.12.1在測試中的應用384
10.12.2幾何參數(shù)的重要性386
10.13三維纖維集合體結(jié)構(gòu)復合材料388
10.14更多信息389
10.14.1本章提到的ASTM測試方法列表389
10.14.2補充閱讀材料390
11機織物和柔性復合材料撕裂與頂破393
11.1撕裂393
11.1.1撕裂性能研究概述393
11.1.2柔性復合材料梯形撕裂分析計算模型396
11.1.3機織物和柔性復合材料梯形撕裂有限元計算模型實例404
11.2頂破425
11.2.1頂破性能研究概述425
11.2.2柔性復合材料頂破分析計算模型實例427
11.2.3機織物和柔性復合材料頂破過程有限元計算實例433
12復雜應力狀態(tài)454
12.1纖維集合體彎曲性質(zhì)454
12.1.1纖維彎曲454
12.1.2紗線彎曲460
12.1.3織物彎曲465
12.2織物懸垂性質(zhì)470
12.2.1懸垂性測試方法470
12.2.2織物懸垂變形分析471
13三維纖維集合體474
13.1三維纖維集合體基本概念474
13.2二維預成型體(二維織物)475
13.2.1二維機織物475
13.2.2二維針織物476
13.2.3二維非織造布476
13.2.4二維編織物477
13.3二維紡織預成型體局限性478
13.4三維預成型體(三維織物)478
13.4.1三維纖維集合體定義478
13.4.2三維織物和二維織物對比479
13.4.3三維機織物479
13.4.4三維針織物484
13.4.5三維編織物485
13.4.6三維縫合織物487
13.4.7三維非織造布488
13.5結(jié)論491
14紡織品懸垂性與服裝三維建模、模擬以及可視化技術(shù)494
14.1引言494
14.2三維紡織模型回顧 495
14.2.1幾何模型495
14.2.2有限元模型495
14.2.3粒子系統(tǒng)496
14.3織物力學的自動測量496
14.4懸垂性測量與評價499
14.5三維質(zhì)量彈簧模型的關(guān)鍵原則501
14.5.1質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的一般描述501
14.5.2觸碰檢測和反應504
14.6織物模擬：優(yōu)點、缺點與改進建議505
14.7實驗結(jié)果和討論507
14.8應用與實例510
14.8.1合成人體的建模和可視化511
14.8.2虛擬穿著實驗514
14.9結(jié)論與展望514
15非經(jīng)典方法519
15.1數(shù)理統(tǒng)計方法519
15.1.1數(shù)理統(tǒng)計方法簡介519
15.1.2數(shù)理統(tǒng)計方法在紡織中的具體應用520
15.2灰色理論方法521
15.2.1灰色系統(tǒng)521
15.2.2灰色關(guān)聯(lián)分析522
15.2.3灰色理論在紡織中的應用實例523
15.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法524
15.3.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡紡織應用綜述525
15.3.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡原理534
15.3.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡在紡織中的應用實例：預測織物拉伸性能539
后記