纬编均匀提花针织物仿真结构模型的建立

丛洪莲， 张永超， 张爱军， 蒋高明

(江南大学 教育部针织技术工程研究中心, 江苏 无锡 214122)

纬编均匀提花针织物仿真结构模型的建立

丛洪莲， 张永超， 张爱军， 蒋高明

(江南大学 教育部针织技术工程研究中心, 江苏 无锡 214122)

为分析纬编均匀提花针织物的结构特征，选取6块由不同粗细纱线编织而成的不同密度的纬平针织物进行研究，得出了理想状态下的线圈模型。采用圣东尼SM-DJ2TS双向电脑提花圆机编织反面为芝麻点、纵条纹等不同提花方式形成的双面提花织物，并对其结构特征进行分析。受反面线圈的影响，反面为芝麻点时织物正面呈现菱形隐条纹，反面为纵条时织物正面呈现二针纵条纹。根据织物呈现的不同外观效应，利用超景深VHX-600三维显微镜观察其结构，在成圈线圈模型的基础上分析其线圈变形规律，从而得到该类织物线圈结构模型，可为纬编均匀提花针织物仿真提供理论参考。

纬编； 均匀提花； 仿真； 结构模型

纬编均匀提花针织物是根据花型要求在不同的花纹区域采用不同颜色的纱线进行编织，从而在织物表面形成一定的花型图案。随着针织智能化的发展，计算机作为重要的图像处理、工艺设计工具应用于针织产品设计与开发中，尤其是电脑大提花类产品。传统的纬编提花针织产品其花型组织的最终确定要经过不断的上机打样，这样浪费了大量的时间、人力及原料，因此还需对纬编提花针织物进行仿真研究。关于纬编提花针织物计算机仿真方面，Kaldor J M等[1]采用三维建模的方法对织物的结构进行分析，并结合纱线粗细、质量等参数，利用光线追踪的方法对纬编提花针织物进行仿真。兰振华等[2]在Peirce理想线圈模型基础上结合Leaf-Glaskin 模型对纬编平针、罗纹及单面提花等进行仿真；吴周镜等[3]采用三维B样条曲线建立线圈模型并借助OpenGL与光照模型对织物进行计算机仿真。

然而纬编均匀提花针织物三维仿真数据量大，速度较慢，无法对复杂的大循环提花产品进行仿真。针对以上仿真缺点，本文提出一种基于控制点的二维仿真方法。该方法能快速实现织物变形分析，数据量小，仿真速度快且效果较好。在完成产品工艺设计后能够较为直观地看到织物的外观特点，大大缩短了产品的设计周期，提高生产效率。

1 纬编均匀提花针织物结构特点

纬编均匀提花针织物包括单面提花和双面提花2种织物。单面提花针织物反面多为浮线，但是浮线长度要控制在4～5针之内[4]，对于大循环单面提花针织物而言，按照一定的要求对浮线进行集圈，形成左斜、右斜、鱼鳞等不同的效应。单面提花织物反面线圈以浮线形式存在，因此，对正面线圈没有力的作用，线圈结构较为均匀。

双面提花针织物反面根据要求可形成空气层、纵条以及芝麻点等效应，目前双面均匀提花针织物颜色数以二色、三色、四色居多，也有六色提花针织物的设计开发[5]。空气层提花双面提花针织物两面花型相同、颜色互补，因此该类织物表面线圈较为平整，线圈变形可忽略，其织物如图1(a)所示。反面为芝麻点双面提花针织物，当某一颜色纱线在针筒织针上连续出针超过一定数量时，会在织物表面形成菱形隐条纹，其织物如图1(b)所示。若某一颜色纱线在针筒针上连续出针数量较少时，该隐条纹现象可忽略。同反面为芝麻点织物相似，在反面为纵条纹的双面提花针织物中，当某一颜色纱线在针筒织针上连续出针超过一定数量时，会在织物表面形成两针的纵条，其织物如图1(c)所示。而花型中若某种颜色纱线在针筒针上连续出针数量较少时纵条现象可忽略。

注：①为织物正面； ②为织物反面。 图1 双面提花针织物Fig.1 Double jacquard fabric. (a) Reverse jacquard fabric; (b) Bird′s-eye jacquard fabric; (c) Vertical stripping jacquard fabric

2 纬编均匀提花针织物模型建立

2.1 线圈结构模型建立

纬编均匀提花针织物正面均显示成圈线圈，且线圈大小近似相同。为准确模拟其线圈结构，现采用超景深VHX-600三维显微镜对织物线圈结构进行研究。图2(a)示出放大100倍后显微镜下的织物结构图。结合经编的6点线圈结构模型，并在其基础上进行改进，得出纬编基本成圈线圈的8个控制点(P1～P8)模型[6-7]，其结构模型如图2(b)所示。图中h为圈高，r为圈距。

为进一步确认理想成圈线圈模型中h1、r1、r2、r3、r4的取值，现选取不同原料、不同密度的纬平针织物(如图3所示)进行测量[8]，其具体规格参数如表1所示。

图2 实际与理想线圈结构图Fig.2 Physical diagram (a) and structure model (b) of ideal loop

在测量过程中每种织物试样选取10个不同部位的线圈进行测量，取其平均值。具体测试结果如表2所示。

根据表2中数据得出：h1≈0.70h;r1≈r3≈0.17r;r2≈r4≈0.34r。线圈中各控制点的具体坐标如表3所示。

图3 不同类型纬平针织物Fig.3 Different types of weft knitted fabrics

试样编号原料横密/(纵行·(5cm)-1)纵密/(横列·(5cm)-1)1#涤纶长丝(4.4tex/12f)60662#粘胶纱(14.4tex)64883#棉纱(40tex)62864#棉纱(18.5tex)761005#涤纶长丝(7.8tex/48f)881306#棉纱(9.8tex×2)6084

2.2 线圈结构变形分析

采用9.8 tex×2棉纱在圣东尼SM-DJ2TS双向电脑提花圆机编织反面分别为芝麻点、纵条纹等织物试样，并对其结构形态进行研究分析。

2.2.1 反面芝麻点织物变形规律

在理想状态下织物线圈处于竖直状态，但当受到外力作用时线圈将发生歪斜[9]。为探究反面芝麻点双面提花针织物正面线圈的变形规律，采用超景深三维显微镜VHX-600对织物线圈进行观察，图4(a)所示为线圈实拍图，根据其线圈结构特点绘制出图4(b)、(c)所示的线圈结构模型，并对其各参数进行测量。变形后的左斜线圈控制点Pm1～Pm8到中心线l的距离分别为rm1～rm8，右斜线圈控制点Pm′1～Pm′8到中心线l的距离分别为rm′1～rm′8。现选取10个不同部位的线圈进行P测量取其平均值，结果如表4所示。

表2 理想线圈各控制点距离测量结果Tab.2 Distance between each control point and center line in ideal loop

表3 理想线圈模型各控制点坐标Tab.3 Coordinate of control points in ideal loop model

注：坐标原点为P1和P7连线中点。

表4 反面芝麻点提花织物线圈各控制点 到中心线距离测量结果Tab.4 Distance between each control point and center line in loop of speckle fabric

图4 反面芝麻点织物线圈结构图Fig.4 Structure of loop of speckle fabric. (a) Physical diagram of loop; (b) Model of left slanting loop; (c) Model of right slanting loop

假设变形后的线圈各控制点纵坐标保持不变，令变形后线圈控制点与理想线圈相对应控制点之间的距离△d=±|r-rmi(rm′i)|，其中i=1,2,…，8。则△dm1=-0.014≈-0.086r，△dm2=0.020≈0.123r，△dm3=0.022≈0.136r，△dm4=-0.016≈-0.099r，△dm5=0.018≈0.111r，△dm6=-0.016≈-0.099r，△dm7≈0，△dm8≈0；△dm′1=-0.018≈-0.112r，△dm′2=0.014≈0.087r，△dm′3=0.017≈0.106r，△dm′4=0.013≈0.081r，△dm′5=0.010≈0.062r，△dm′6=-0.015≈-0.094r，△dm′7=-0.017≈-0.106r，△dm′8=-0.018≈-0.112r。从而得出变形后各控制点的坐标，结果如表5所示。

表5 反面芝麻点提花织物变形后线圈坐标Tab.5 Coordinate of deformative loop of speckle fabric

根据反面为芝麻点提花织物结构特点，结合织物的编织图绘制织物的正面结构图。图5(a)示出某一正面为平针反面为三色芝麻点的提花织物编织图，图中1、3路穿入色纱A，2、5路穿入色纱B，4、6路穿入色纱C，图5(b)示出与编织图对应的织物正面结构示意图。从图中可看出，与针盘无线圈织针相邻的2个针筒线圈在浮线的作用下相互靠近，而针盘有线圈织针相邻的2个针筒线圈则相互远离，从而使线圈发生歪斜。织物中线圈歪斜加之沉降弧收紧作用使得其表面出现菱形的隐花纹。

图5 反面芝麻点提花织物编织图及正面结构图Fig.5 Weaving diagram (a) and face side structural (b) of double jacquard fabric with speckled surface of reverse side

2.2.2 反面纵条纹织物变形规律

为探究反面纵条纹针织物正面线圈的变形规律，采用超景深三维显微镜VHX-600对织物线圈进行观察，图6(a)示出线圈实拍图，根据其线圈结构特点绘制出如图6(b)、(c)所示的线圈结构模型，并对其各参数进行测量。变形后的左偏移线圈控制点Pt1～Pt8到中心线l的距离分别为rt1～rt8，右偏移线圈控制点Pt′1～Pt′8到中心线l的距离分别为rt′1～rt′8。现选取10个不同部位的线圈进行测量取其平均值，结果如表6所示。

同反面芝麻点正面线圈相似，假设变形后的线圈各控制点纵坐标保持不变，令变形后线圈控制点与理想线圈相对应控制点之间的距离△d=±|r-rti(rt′i)|，其中i=1,2,…，8。则△dt1=-0.018≈-0.108r，△dt2=-0.024≈-0.144r，△dt3=-0.027≈-0.162r，△dt4=-0.023≈-0.138r，△dt5=-0.020≈-0.120r，△dt6=-0.024≈-0.144r，△dt7=-0.038≈-0.227r，△dt8=-0.066≈-0.395r; △dt′1=0.020≈0.120r，△dt′2=0.025≈0.151r，△dt′3=0.019≈0.114r，△dt′4=0.023≈0.138r，△dt′5=0.028≈0.169r，△dt′6=0.026≈0.157r，△dt′7=0.060≈0.361r，△dt′8=0.022≈0.132r。从而得出变形后各控制点的坐标，结果如表7所示。

图6 反面纵条纹织物线圈结构Fig.6 Structure of loop of vertical stripe fabric. (a) Physical diagram of loop; (b) Model of left offset loop; (c) Model of right offset loop

指标左偏移线圈/mm右偏移线圈/mmrt1(rt'1)0.0460.010rt2(rt'2)0.0800.031rt3(rt'3)0.0550.009rt4(rt'4)0.0050.051rt5(rt'5)0.0360.084rt6(rt'6)0.0040.054rt7(rt'7)0.0180.116rt8(rt'8)0.2600.216r0.1670.166

表7 反面纵条纹织物变形后线圈坐标Tab.7 Coordinate of deformative loop of vertical stripe fabric

根据反面为纵条纹提花织物结构特点，结合织物的编织图绘制织物的正面结构图。图7(a)示出某一正面为平针反面为纵条纹双面提花织物的编织图，图中1、3、5路穿入色纱C，负号2、4、6路穿入色纱D，图中奇数路穿入色纱C，偶数路穿入色纱D，图7(b)所示为与编织图相对应的织物正面结构示意图。由于针盘线圈的作用使得其相邻针筒线圈相隔较大，而针盘无线圈织针相邻的针筒线圈在沉降弧的作用下相隔距离较小，从而在织物正面形成条纹。

图7 反面纵条纹提花织物Fig.7 Knitting diagram(a) and face side structural (b) of double jacquard fabric with vertical stripe surface of reverse side

3 结 论

本文对纬编均匀提花针织物的结构特征进行了深入研究，分析总结了当反面采用不同提花组织时，织物正面线圈的变形规律，构建了线圈结构模型，为该类织物仿真研究提供理论参考。

1)反面为芝麻点双面提花针织物，受到反面线圈影响，线圈发生左右歪斜。当某一颜色纱线在针筒织针上连续出针超过一定数量时，在织物正面形成菱形隐条纹。

2)反面为纵条纹双面提花针织物，受到反面线圈影响，线圈发生左右偏移。当某一颜色纱线在针筒织针上连续出针超过一定数量时，在织物正面形成两针纵条纹。

3)根据反面不同提花方式的织物所呈现的不同外观效应，在成圈线圈模型的基础上对其线圈变形规律进行分析研究，得到该类织物线圈结构模型，为纬编均匀提花针织物仿真奠定理论基础。

FZXB

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Simulation structure model of weft knitted flat jacquard fabrics

CONG Honglian, ZHANG Yongchao, ZHANG Aijun, JIANG Gaoming

(EngineeringResearchCenterforKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

Six pieces of fabrics with different yarns and densities were selected to analyze the structure of weft knitted flat jacquard fabric, and the ideal model of loop was obtained. A Santoni SM-DJ2TS computer jacquard knitting machine was used to knit double-faced jacquard fabric with speckle and vertical stripe surface of the reverse side. And the structure of the two kinds of fabric were studied. The face side shows diamond strips when the reverse side is speckle and the face side shows two needles longitudinal strips when the reverse side is vertical stripe due to the influence of the reverse loop. According to the different appearances of fabric rendering effects, 3-D microscopy was used to research the deformation law of the loop so as to acquire the structure model of the loop. The study can provide a theoretical foundation for the weft knitting flat jacquard fabric simulation.

weft knitted; flat jacquard; simulation; structure model

10.13475/j.fzxb.20150803406

2015-08-18

2016-03-23

中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(JUSRP51404A)

丛洪莲(1976—)，女，副教授，博士。主要研究方向为针织CAD/CAM技术，针织产品的开发与性能。E-mail：cong-wkrc@163.com。

TS 186.2

A