论文题目: 针织物的细观本构模型和织物的屈曲分析
论文类型: 博士论文
论文专业: 固体力学
作者: 李翠玉
导师: 张义同
关键词: 针织物,细观针织结构,本构模型,编织物,屈曲,有限元法
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 织物变形和屈曲的模拟技术在服装CAD、虚拟服装店、虚拟现实、人物动画、电子游戏等众多领域有着广泛的应用。从20世纪80年代开始,国内外学者对编织物的悬垂和屈曲的数值模拟进行研究,这些研究把编织物看作是正交异性的连续体,用有限元方法进行模拟,取得了一定的进展。同时也发现,模拟的精度与实验相比存在较大的误差,某些屈曲现象很难模拟出来。国内学者张义同等在国家自然科学基金的资助下,建立了编织物的细观本构模型,并基于此模型,对编织物在受到单向拉伸时的屈曲、以及在受简单剪切时的屈曲现象成功地进行了解析分析。与编织物不同,对针织物相关理论的研究很少见到。本文建立了针织物的细观力学本构模型,对针织物的悬垂和屈曲进行了解析分析和数值模拟。同时,也对编织物的悬垂和屈曲用有限元方法进行了数值模拟。具体内容如下:1.建立了针织物的细观力学本构模型。这个本构模型更好地描述了针织物的力学性质,特别是针织物由于其特有的细观针织结构所具有的某些性质。2.基于本文建立的针织物细观本构模型和有限弹性变形的增量理论,分析了针织物片在受到沿纹路方向单向拉伸时的屈曲现象。分析结果表明,针织物片在受到沿纹路方向的单向拉伸时只存在弯曲模态屈曲,这与在实验中观察到的针织物片的屈曲现象是一致的。3.基于本文建立的针织物细观本构模型和有限弹性变形的增量理论,分析了针织物片在受到沿织层方向单向拉伸时的屈曲现象。分析结果表明,针织物片在受到沿织层方向的单向拉伸时不会屈曲,这与实验结果也是相符的。4.进行了针织物的拉伸实验,并得到了相应的弹性模量值。5.基于本文建立的针织物细观本构模型,采用大变形曲壳单元,用有限元方法对针织物的悬垂屈曲进行了数值模拟。有限元模拟结果和实验结果达到了数值上的基本吻合。6.基于已有的编织物细观本构模型,采用大变形曲壳单元,用有限元方法对编织物的悬垂屈曲进行了数值模拟。分析了编织物面内的压缩模量在其屈曲分析中的重要作用。有限元模拟结果和实验结果达到了数值上的基本吻合。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 织物力学研究概述
1.3 结构屈曲问题研究方法概述
1.4 本文的主要工作
第二章 有限变形的基本理论
2.1 物体变形的物质描述
2.2 变形梯度
2.3 应变的描述
2.4 应力的描述
2.4.1 欧拉应力
2.4.2 拉格朗日应力
2.4.3 基尔霍夫应力
2.5 本章小结
第三章 针织物细观本构模型的建立
3.1 针织物的细观力学结构
3.2 针织物细观结构的变形分析
3.3 针织物的拉伸实验
3.4 针织物本构模型的初始形式
3.5 针织物片受到沿纹路方向拉伸时的变形分析
3.5.1 织物胞的平衡
3.5.2 织物胞的变形
3.5.3 额外的压应力场
3.6 针织物的细观本构方程
3.7 本章小结
第四章 针织物屈曲的解析分析
4.1 增量变形理论
4.1.1 变形增量和应变增量
4.1.2 应力增量和弹性模量
4.1.3 瞬时模量
4.1.4 增量变形边界值问题
4.2 针织物片受到沿纹路方向拉伸时的屈曲分析
4.2.1 针织物片受到沿纹路方向拉伸时的均匀应力场
4.2.2 屈曲方程
4.2.3 屈曲分析
4.2.4 算例
4.3 针织物片受到沿织层方向拉伸时的不屈曲性
4.3.1 针织物片受到沿织层方向拉伸时的均匀应力场
4.3.2 屈曲分析
4.3.3 证明方程(4-107)关于hk 只有零解
4.3.4 证明方程(4-108)关于hk 只有零解
4.4 本章小结
第五章 以矢端位移表达的有限旋转退化壳元理论
5.1 曲壳元的坐标表达
5.2 坐标变换
5.3 位移函数的表达
5.4 单元的位移应变矩阵
5.5 增量形式的平衡方程和刚度矩阵
5.5.1 增量形式的平衡方程
5.5.2 刚度矩阵
5.6 本章小结
第六章 针织物悬垂屈曲的数值模拟
6.1 非线性有限元的基本理论
6.1.1 有限元方程的建立
6.1.2 增量和迭代方法
6.2 屈曲的基本理论和方法
6.2.1 屈曲的基本理论
6.2.2 屈曲临界载荷和屈曲模态的分析
6.3 针织物非线性有限元程序的实现
6.3.1 材料参数的更新
6.3.2 关于收敛性
6.4 数值算例
6.4.1 弹性大变形分析算例
6.4.2 屈曲分析算例
6.5 针织物悬垂屈曲的数值模拟
6.5.1 圆桌上方形针织物的悬垂屈曲模拟
6.5.2 针织物变形的动态过程模拟
6.6 本章小结
第七章 编织物悬垂屈曲的数值模拟
7.1 编织物本构理论研究概述
7.2 本文所采用的编织物细观本构模型
7.3 编织物细观本构模型中压缩模量的选取
7.3.1 曲线的分段线性逼近
7.3.2 首段纯弯曲段(AB 段)内压缩模量的确定
7.3.3 第二段(BC 段)内压缩模量的确定
7.3.4 第i 段内压缩模量的确定
7.3.5 算例
7.4 编织物非线性有限元程序的实现
7.4.1 材料非线性的忽略
7.4.2 数值积分方法的选择
7.4.3 非线性方程组的求解方法
7.4.4 编织物和针织物非线性有限元程序的不同
7.5 编织物悬垂屈曲的数值模拟
7.5.1 编织物力学性能参数的选取
7.5.2 圆桌上方形编织物的悬垂屈曲模拟
7.5.3 编织物变形的动态过程模拟
7.5.4 泊松比对织物悬垂屈曲的影响
7.6 本章小结
第八章 本文的工作总结与展望
8.1 本文的工作总结
8.2 进一步工作的设想
参考文献
发表论文和科研情况说明
致 谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
- [1].高精度小波数值方法及其在结构非线性分析中的应用[D]. 张磊.兰州大学2016
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