楊 鑫， 邵慧奇， 蔣金華， 陳南梁

(1. 東華大學(xué) 產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心， 上海 201620； 2. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 210620； 3. 東華大學(xué) 紡織科創(chuàng)中心， 上海 210620)

三維編織復(fù)合材料具有不分層、質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、比模量高、抗沖擊、耐燒蝕、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)[1]，可通過(guò)單胞劃分對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能有限元模擬[2]，但其編織形狀單一，根據(jù)產(chǎn)品性能進(jìn)行編織的能力還有待提高[3]。對(duì)此，schreiber等[4]提出了一種全新的三維編織方式——六角形編織。

六角形編織是一種新型的旋轉(zhuǎn)編織技術(shù)，可應(yīng)用于精細(xì)化產(chǎn)品編織，特別適合編織各種復(fù)雜形狀，可設(shè)計(jì)性很高。新近開(kāi)發(fā)的第2代六角形編織設(shè)備，其編織物的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，在航天與軍工領(lǐng)域有巨大發(fā)展前景[5]。編織材料的微觀結(jié)構(gòu)模擬是預(yù)測(cè)其性能的重要手段，傳統(tǒng)三維編織微觀結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究文獻(xiàn)很多，但對(duì)于六角形編織的研究卻相對(duì)較少。在六角形編織結(jié)構(gòu)模型仿真方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了一些嘗試工作。其中：高彥濤等[5]提出基于Labview提供的矩陣數(shù)據(jù)模擬第1代編織模型；李政寧[6]基于MatLab強(qiáng)大的矩陣計(jì)算功能對(duì)第1代六角形編織機(jī)器的紗線路徑直接進(jìn)行計(jì)算模擬；Mei等[7]研究了第2代六角形編織機(jī)的編織規(guī)律，得到不同編織結(jié)構(gòu)的仿真模擬，為探索潛在織物結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)提供了可行性。

目前，仍沒(méi)有統(tǒng)一的方法有效地模擬第2代編織物微觀結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)對(duì)于六角形編織結(jié)構(gòu)的有效模擬，是將底盤(pán)上所有攜紗器按比例坐標(biāo)放入矩陣對(duì)應(yīng)位置，運(yùn)用矩陣計(jì)算來(lái)模擬底盤(pán)上角輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，獲得每時(shí)刻底盤(pán)上所有攜紗器的位置坐標(biāo)。這樣雖然可記錄下每時(shí)刻攜紗器到達(dá)的位置終點(diǎn)，但不能表達(dá)每時(shí)刻中攜紗器的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在模擬第2代編織路徑時(shí)會(huì)造成最外層攜紗器處紗線侵入，而對(duì)底盤(pán)整體化的運(yùn)算也使得對(duì)單一紗線部分點(diǎn)的優(yōu)化難度增大。本文針對(duì)六角形編織機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，基于MatLab軟件開(kāi)發(fā)了一套編織算法，對(duì)每根紗線路徑單獨(dú)模擬，成功獲得第2代六角形編織紗線空間路徑，模擬出編織物的微觀結(jié)構(gòu)。

1 六角形編織工藝介紹

六角形編織是一種依靠底盤(pán)上六角形角輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)攜紗器運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)紗線交織的編織方式。這種特殊的底盤(pán)構(gòu)造和走紗路徑，可編織出各種形狀編織件。圖1示出六角形編織機(jī)實(shí)物圖。六角形的角輪設(shè)計(jì)是最緊密化的攜紗器排列(六角形編織機(jī)角輪設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖2)，大大減少了編織區(qū)域，由此有效降低紗線間的張力不勻，得以實(shí)現(xiàn)對(duì)較細(xì)(強(qiáng)力低)紗線的編織，獲得各種精細(xì)化產(chǎn)品[8-9]。為解決第1代六角形編織機(jī)存在攜紗量不足，相鄰角輪不能同時(shí)運(yùn)動(dòng)，編織結(jié)構(gòu)不緊密等問(wèn)題，F(xiàn)rank教授開(kāi)發(fā)出了第2代編織機(jī)。

圖1 第2代六角形編織機(jī)

圖2 第1代角輪與第2代角輪對(duì)比圖

相比于第1代六角形編織系統(tǒng)，第2代在第1代的2個(gè)角輪之間裝上1枚轉(zhuǎn)換裝置。在第2代設(shè)備中，轉(zhuǎn)換裝置的引入將原來(lái)2個(gè)角輪之間放置1個(gè)攜紗器變成2個(gè)，讓相同編織區(qū)域內(nèi)紗線含量大幅提升，接近原來(lái)的2倍。增加轉(zhuǎn)換裝置讓相鄰的2個(gè)角輪可同時(shí)運(yùn)動(dòng)，豐富了編織物結(jié)構(gòu)的種類(lèi)，也讓角輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有更多的可選擇性。

圖3示出第2代角輪上攜紗器的運(yùn)動(dòng)原理圖。在角輪底座上任意選取3個(gè)角輪1、2、3，每次分別以順時(shí)針60°、順時(shí)針60°、逆時(shí)針60°轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)換裝置每次轉(zhuǎn)動(dòng)180°，且角輪與轉(zhuǎn)換裝置交替運(yùn)動(dòng)。可以觀察攜紗器從A處到達(dá)A5處在各角輪之間的轉(zhuǎn)移路徑：首先角輪1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)60°，攜紗器紗線從A移動(dòng)到A1；此時(shí)，轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)動(dòng)180°，紗線到達(dá)A2；角輪2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)60°，紗線到達(dá)A3；轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)動(dòng)180°，紗線到達(dá)A4；此時(shí)角輪3逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)60°，紗線到達(dá)A5。正是通過(guò)這種角輪和轉(zhuǎn)換裝置的交互運(yùn)動(dòng)，攜紗器攜帶紗線轉(zhuǎn)移，達(dá)到紗線交織目的。

圖3 第2代角輪上攜紗器的運(yùn)動(dòng)原理

2 模型建立

2.1 攜紗器運(yùn)動(dòng)路徑

首先將整個(gè)底盤(pán)坐標(biāo)化，來(lái)獲取各部件的位置信息，利用角輪的中心坐標(biāo)表示角輪位置，利用轉(zhuǎn)換裝置的中心坐標(biāo)表示轉(zhuǎn)換裝置的位置，利用攜紗器的中心坐標(biāo)表示攜紗器位置，并將攜紗器的中心坐標(biāo)存在坐標(biāo)集X中。由于紗錠固定在攜紗器上，在編織過(guò)程中，紗線的運(yùn)動(dòng)路徑可使用攜紗器的位置代替。當(dāng)角輪或轉(zhuǎn)換裝置完成1次運(yùn)動(dòng)后，每個(gè)攜紗器都有1個(gè)固定的位置，只要計(jì)算出攜紗器在整個(gè)編織過(guò)程中的所有位置坐標(biāo)，就能獲得對(duì)應(yīng)在該攜紗器上的紗線運(yùn)動(dòng)路徑，再計(jì)算出所有攜紗器的位置，便可獲得編織件中所有紗線的運(yùn)動(dòng)路徑坐標(biāo)。

圖4示出角輪與轉(zhuǎn)換器示意圖?？芍?，角輪和轉(zhuǎn)換裝置雖然是2種不同的設(shè)備，但二者在運(yùn)動(dòng)時(shí)皆圍繞各自中心轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，攜紗器被角輪驅(qū)動(dòng)，表現(xiàn)為繞角輪中心做半徑為r1的圓周運(yùn)動(dòng)，攜紗器被轉(zhuǎn)換裝置驅(qū)動(dòng)，表現(xiàn)為繞攜紗器中心做半徑為r2的圓周運(yùn)動(dòng)。

圖4 角輪與轉(zhuǎn)換器示意圖

角輪與轉(zhuǎn)換裝置驅(qū)動(dòng)攜紗器皆做圓周運(yùn)動(dòng)，為統(tǒng)一變量。將轉(zhuǎn)換裝置當(dāng)作一個(gè)具有2個(gè)開(kāi)口的角輪稱(chēng)為二角輪，而原來(lái)的為有6個(gè)開(kāi)口的角輪稱(chēng)為六角輪。再建立1個(gè)矩陣存儲(chǔ)2種角輪的坐標(biāo)，每行存儲(chǔ)1個(gè)角輪信息，依次存入角輪坐標(biāo)、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑(用來(lái)判定是六切口角輪還是二切口角輪)以及運(yùn)動(dòng)信息。使用數(shù)字串表示運(yùn)動(dòng)信息，由于二角輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為180°及其倍數(shù)，而六角輪為60°及其倍數(shù)，為統(tǒng)一運(yùn)動(dòng)信息的輸入，使用正整數(shù)n表示順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)n乘以最小轉(zhuǎn)動(dòng)角度(六角輪為n×60°，二角輪為n×180°)，則“-n”表示逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度，“0”表示靜止。例如六角輪的運(yùn)動(dòng)信息數(shù)字串為“1，-1，0，2”，表示該六角輪在連續(xù)4步運(yùn)動(dòng)中為依次順時(shí)針60°、逆時(shí)針60°、靜止、順時(shí)針120°轉(zhuǎn)動(dòng)，之后的運(yùn)動(dòng)再按此運(yùn)動(dòng)信息每4步為1個(gè)循環(huán)。

底盤(pán)上的任意攜紗器與角輪(包含轉(zhuǎn)換裝置)的接觸情況只有2種可能：攜紗器在最外層，其只有1個(gè)面接觸角輪，此時(shí)只有1個(gè)角輪能夠驅(qū)動(dòng)攜紗器；攜紗器在內(nèi)層，其有2個(gè)面與角輪接觸，則必須判斷哪個(gè)角輪對(duì)攜紗器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。假設(shè)每個(gè)時(shí)間間隔t內(nèi)角輪完成1次運(yùn)動(dòng)，若想獲取時(shí)間t為[0，Nt](N個(gè)時(shí)間間隔，為正整數(shù))內(nèi)的攜紗器路徑，可執(zhí)行以下操作:首先，在攜紗器坐標(biāo)集X中選取第1個(gè)元素(存入的第1個(gè)攜紗器的中心坐標(biāo))，描述該元素代表的攜紗器的運(yùn)動(dòng)軌跡。對(duì)于任意給定的底盤(pán)，攜紗器的初始坐標(biāo)與所有角輪的中心坐標(biāo)的位置是相對(duì)固定的，所以由第1個(gè)元素的坐標(biāo)可計(jì)算出與攜紗器接觸的角輪的位置坐標(biāo)。根據(jù)角輪的位置坐標(biāo)，可獲取角輪的運(yùn)動(dòng)信息，再根據(jù)運(yùn)動(dòng)信息計(jì)算出轉(zhuǎn)動(dòng)后攜紗器的位置坐標(biāo)并將其存儲(chǔ)，此時(shí)判定驅(qū)動(dòng)角輪是否變化，若變化，使用變化后角輪驅(qū)動(dòng)，否則按原角輪驅(qū)動(dòng)。重復(fù)這樣的計(jì)算直到時(shí)間到達(dá)Nt，此時(shí)存儲(chǔ)的坐標(biāo)會(huì)形成1個(gè)坐標(biāo)集，則依次連接坐標(biāo)集中的坐標(biāo)構(gòu)成第1個(gè)攜紗器的運(yùn)動(dòng)路徑圖。然后，將攜紗器坐標(biāo)集X中的第1個(gè)坐標(biāo)去除，從剩下的坐標(biāo)中挑選出第1個(gè)坐標(biāo)再重復(fù)上述操作，獲取第2個(gè)攜紗器的運(yùn)動(dòng)路徑圖，如此重復(fù)直到攜紗器坐標(biāo)集變?yōu)榭占?，則獲取所有攜紗器的運(yùn)動(dòng)路徑圖。攜紗器的路徑計(jì)算流程框圖如圖5所示?；贛atLab工具和方法[10]，根據(jù)以上算法編寫(xiě)代碼[11]，獲取攜紗器路徑坐標(biāo)集合。

圖5 攜紗器運(yùn)動(dòng)軌跡流程圖

2.2 紗線路徑的獲取

第2代編織機(jī)相比于第1代的優(yōu)勢(shì)為相鄰的2個(gè)角輪可同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，明顯提高了編織效率，但轉(zhuǎn)換裝置與角輪不能同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，角輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中必須要停下等待轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)。所以本文假設(shè)轉(zhuǎn)換裝置與角輪設(shè)置在1個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，即角輪運(yùn)動(dòng)后轉(zhuǎn)換裝置運(yùn)動(dòng)1次為1個(gè)時(shí)間段。由于轉(zhuǎn)換裝置是往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如果直接以攜紗器每次運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)作為紗線路徑的坐標(biāo)，攜紗器從a運(yùn)動(dòng)到b，b運(yùn)動(dòng)到c，若采用終點(diǎn)坐標(biāo)c再運(yùn)動(dòng)到b，二者運(yùn)動(dòng)曲線在平面上重合(見(jiàn)圖6(a))，空間上會(huì)造成在轉(zhuǎn)換裝置處紗線的侵入，這也是矩陣計(jì)算很難處理的一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榫仃囍荒芙o出每個(gè)錠子的終點(diǎn)坐標(biāo)，無(wú)法描述運(yùn)動(dòng)過(guò)程狀態(tài)。所以必須考慮轉(zhuǎn)換裝置處攜紗器運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在計(jì)算時(shí)添加相應(yīng)過(guò)程坐標(biāo)b1和c1(見(jiàn)圖6(b))。

圖6 攜紗器運(yùn)動(dòng)軌跡

紗線纏繞在紗錠上，而紗錠由攜紗器驅(qū)動(dòng)，因此，構(gòu)建紗線空間路徑時(shí)，僅需構(gòu)建出攜紗器每運(yùn)動(dòng)一步時(shí)，編織件的卷取總路程。假設(shè)編織機(jī)的卷曲速度為v(t)，當(dāng)t=T時(shí)，攜紗器的坐標(biāo)為(x(T),y(T))，則可計(jì)算

(1)

因此，可獲取紗線的實(shí)時(shí)坐標(biāo)(x(T),y(T),z(T))，繪出紗線的空間路徑圖(如圖6(a)所示)。

2.3 紗線路徑擬合

繪出紗線的空間路徑是棱角分明的折線(見(jiàn)圖7(a))，無(wú)法描述紗線交織時(shí)緊湊、平滑的真實(shí)狀態(tài)，所以必須對(duì)紗線的路徑進(jìn)行優(yōu)化。運(yùn)用B樣條法可獲取優(yōu)化后的紗線空間路徑曲線。B樣條的定義[12]為

(2)

式中:Pi為控制多邊形的頂點(diǎn)；Ni,k為k階(k-1次)B樣條基函數(shù)。設(shè)ti為節(jié)點(diǎn)，滿足0≤t0≤…≤tn+k-1≤1，則基函數(shù)可用式(3)、(4)表示：

(3)

(4)

由式(4)可知，要確定第i個(gè)基函數(shù)Ni,k,需要額外定義k+1個(gè)節(jié)點(diǎn)，而n+1個(gè)控制點(diǎn)需要定義n+1個(gè)k階B樣條基函數(shù)Ni,k。根據(jù)以上定義，可推出4個(gè)控制點(diǎn)P0、P1、P2、P3，就可以遞推出三次B樣條的基函數(shù)(如式(5)所示)，則三次B樣條的表達(dá)式如(6)所示。

(5)

(6)

設(shè)紗線坐標(biāo)個(gè)數(shù)為numyarn，編寫(xiě)擬合程序[13]，依次選擇第1個(gè)坐標(biāo)到第(numyarn-3)個(gè)坐標(biāo)中的1個(gè)坐標(biāo)i，將其與其后面的3個(gè)坐標(biāo)i+1、i+2、i+3分別賦值給P0、P1、P2、P3，設(shè)置t的分度為0.1后，即可計(jì)算出擬合函數(shù)。得到插值后的紗線路徑，較插值前變得更加平滑，如圖7(b)所示。

圖7 插值優(yōu)化前后紗線空間路徑

3 結(jié)果與討論

3.1 實(shí)體模型構(gòu)建

經(jīng)過(guò)插值之后可得到平滑曲線，但這些曲線無(wú)法表現(xiàn)出紗線的真實(shí)形態(tài)。所以本文使用Solidtube函數(shù)[6]將其實(shí)體化，實(shí)體化之前必須做如下假設(shè)[13]：所有紗線橫截面為理想圓形，且沿紗線軸向是均勻的；紗線的直徑是相同的；編織過(guò)程中擠壓不改變紗線形狀。

由此作出編織紗線實(shí)體效果圖如圖8(a)所示?？梢钥闯黾喚€平滑且有序交纏。但紗線路徑部分出現(xiàn)了偏折，且在實(shí)際的編織中因?yàn)閺埩ψ饔脮?huì)將這些偏折拉直。所以需要模擬張力作用的優(yōu)化，采用改變內(nèi)外層攜紗器位置的方式，來(lái)達(dá)到紗線之間的緊湊貼合，此方法的優(yōu)化效果較好[12]，如圖8(b)所示。

圖8 編織紗線實(shí)體圖和效果圖

3.2 算法檢驗(yàn)與編織方案測(cè)試

為檢驗(yàn)本文算法對(duì)于大型預(yù)制件的可行性，設(shè)計(jì)了1個(gè)工字梁結(jié)構(gòu)。在一個(gè)10層角輪的底盤(pán)上使用了97個(gè)角輪，720個(gè)攜紗器攜帶720根紗線，模擬工字梁結(jié)構(gòu)。攜紗器擺放位置如圖9(a)中深色圓圈所示。其中角輪設(shè)定為順時(shí)針60°，逆時(shí)針60°交替轉(zhuǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)換裝置設(shè)定為逆時(shí)針180°和順時(shí)針180°交替轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖9 工字梁編織路徑與結(jié)構(gòu)效果圖

圖9(a)中顯示了1枚攜紗器的運(yùn)動(dòng)路徑，貫穿整個(gè)預(yù)制件。利用本文算法可得到工字梁效果圖如圖9(b)、(c)所示。從模擬圖中可以很清楚地看出，六角形編織實(shí)體模型的結(jié)構(gòu)紗線接觸緊湊、平滑。

3.3 仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證比較

為檢驗(yàn)?zāi)M結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，分別進(jìn)行最外層無(wú)轉(zhuǎn)換裝置和有轉(zhuǎn)換裝置的2組編織實(shí)驗(yàn)。首先使用1層角輪與6個(gè)轉(zhuǎn)換裝置的底盤(pán)，攜紗器的運(yùn)動(dòng)信息統(tǒng)一設(shè)定為“0，-1，0，1”，通過(guò)改變角輪的運(yùn)動(dòng)信息獲得不同的編織結(jié)構(gòu)如圖10所示。根據(jù)角輪與攜紗器的運(yùn)動(dòng)信息，模擬出相應(yīng)的編織結(jié)構(gòu)圖，通過(guò)結(jié)構(gòu)對(duì)比可知，模擬結(jié)構(gòu)中的紗線路徑與真實(shí)結(jié)構(gòu)吻合度高。

圖10 外層有轉(zhuǎn)換裝置的編織機(jī)的真實(shí)編織結(jié)構(gòu)與模擬結(jié)構(gòu)對(duì)比

圖11(a)示出含有3個(gè)角輪和3個(gè)轉(zhuǎn)換裝置組合形成的編織機(jī)底盤(pán)。在該底盤(pán)上進(jìn)行編織實(shí)驗(yàn)，設(shè)定角輪的運(yùn)動(dòng)信息為“1，0”，轉(zhuǎn)換裝置為“0，-1”，且最外層轉(zhuǎn)換裝置靜止，編織獲得編織物如圖11(b)所示?？芍?，編織的繩織物紗線交織規(guī)律為一上一下，真實(shí)結(jié)構(gòu)與模擬的結(jié)構(gòu)很吻合。通過(guò)實(shí)驗(yàn)基本驗(yàn)證了本文提供的算法可很好地模擬真實(shí)編織結(jié)構(gòu)的紗線路徑與紗線之間的拓?fù)湫螒B(tài)，但真實(shí)紗線編織由于擠壓會(huì)產(chǎn)生變形，本文算法尚未能模擬出編織時(shí)擠壓變形后的紗線形貌。

圖11 外層無(wú)轉(zhuǎn)換裝置編織機(jī)的真實(shí)編織結(jié)構(gòu)與模擬結(jié)構(gòu)對(duì)比

3.4 兩代編織機(jī)編織結(jié)構(gòu)比較

現(xiàn)存最大的第2代六角形編織機(jī)是Ko團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的2層樣機(jī)，如圖12(a)所示。其裝配有7個(gè)角輪、36個(gè)轉(zhuǎn)換裝置與72個(gè)攜紗器，而同等規(guī)模的第1代2層樣機(jī)裝配的7個(gè)角輪卻只能驅(qū)動(dòng)30個(gè)攜紗器。相比之下，第2代編織機(jī)的攜紗器數(shù)量提高了140%。

編織過(guò)程中，攜紗器只有從1個(gè)角輪運(yùn)動(dòng)至另1個(gè)角輪或者轉(zhuǎn)換裝置上，且此相鄰的角輪或轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反才能發(fā)生紗線交織，因此，在第1代2層樣機(jī)上滿足交織條件的位置只有6個(gè)，而第2代2層樣機(jī)卻存在42個(gè)這樣的位置，因此，具有更加豐富的交織可能性，對(duì)于復(fù)雜編織件設(shè)計(jì)具備更大的潛力,兩代編織機(jī)編織效果如圖12(b)、(c)所示。

假設(shè)選取的紗線直徑r相同，且編織過(guò)程中紗線不會(huì)被擠壓變形，可以分別獲取2種編織件編織截面切片的理論模型(圓形表示紗線截面，空白表示編織件的內(nèi)部空隙),如圖13所示?？芍?種模型的內(nèi)部可被等分成一個(gè)個(gè)單元，第1代編織物結(jié)構(gòu)單元是三角形，中間包含紗線截面1/2圓，第2代結(jié)構(gòu)是四邊形，中間包含紗線截面1/3圓，因此，編織件內(nèi)部的纖維體積率Vf為單元包含的紗線截面與單元面積之比。

通過(guò)計(jì)算可知，第2代編織機(jī)編織的纖維體積率要略低于第1代結(jié)構(gòu)，此外，第2代編織機(jī)的造價(jià)與控制難度也要大于第1代，但整體比較第2代編織機(jī)在攜紗量與交織性(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力)上仍擁有巨大優(yōu)勢(shì)。

圖12 兩代編織機(jī)編織結(jié)構(gòu)比較

圖13 第1代和第2代編織結(jié)構(gòu)截面模型

4 結(jié) 論

本文構(gòu)建了六角形編織路徑的解析與紗線空間路徑模型，得出了紗線的空間運(yùn)動(dòng)規(guī)律，提供的代碼具有普適性，滿足了編織設(shè)備編織結(jié)構(gòu)的快速模擬和仿真，為編織物的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了一種新方法。得到如下主要結(jié)論。

1)通過(guò)研究第2代六角形編織機(jī)編織工藝，分析了角輪和轉(zhuǎn)換裝置的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，基于攜紗器停駐時(shí)的點(diǎn)來(lái)描述紗線路徑，得到了紗線的空間運(yùn)動(dòng)規(guī)律模型。根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律編寫(xiě)了模擬紗線路徑的代碼程序，該代碼程序可通過(guò)角輪與轉(zhuǎn)換裝置的參數(shù)輸入生成相應(yīng)編織件的模擬圖。

2)對(duì)大預(yù)制件工字梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，獲得的效果圖中紗線路徑清晰交纏緊密，驗(yàn)證了算法的普適性；并進(jìn)行了設(shè)置轉(zhuǎn)換裝置的編織實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成品與模擬編織結(jié)構(gòu)相似度高，驗(yàn)證了算法的準(zhǔn)確性。

3)比較分析了2代六角形編織結(jié)構(gòu)以及設(shè)備的優(yōu)劣發(fā)現(xiàn)，第2代編織機(jī)雖然存在控制難、造價(jià)貴的問(wèn)題，但編織出的織物更具有實(shí)用性，結(jié)構(gòu)變化性更強(qiáng)，是今后研究的主要方向。