纤维弹性细杆模型动力学分析的有限元方法及应用

刘忠乐, 华志宏, 薛文良

(东华大学 a．理学院；b．纺织面料技术教育部重点实验室, 上海 201620)

纤维弹性细杆模型动力学分析的有限元方法及应用

刘忠乐a, 华志宏a, 薛文良b

(东华大学 a．理学院；b．纺织面料技术教育部重点实验室, 上海 201620)

基于纺织工程中的气流辅助加捻纺纱, 以弹性细杆作为纤维模型, 讨论纤维空间大变形的动力学问题．采用空间杆单元有限元分析方法, 对弹性细杆动力学分析的有限元模型进行简化, 导出了弹性杆单元刚度方程和刚体质量单元动力学方程, 然后综合出弹性细杆整体的动力学运动微分方程．节点坐标姿态采用欧拉四元素表示, 导出了相关的坐标变换矩阵．以此方法对气流辅助加捻纺纱动力学模型进行实例计算．

纤维模型；弹性细杆；有限元；动力学分析

随着气流技术在纺纱加工过程中的广泛应用, 在其工艺机理研究中迫切需要通过数值模拟来了解纤维在各种复杂受力状态下的运动行为．纤维是一种具有一定弹性的且超大长径比的柔性连续体材料, 近年来一般都将纤维简化成珠链模型[1-2]进行分析计算．由于珠链模型不考虑纤维各截面的角位移, 故不能准确表达纤维的弯曲与扭转特性．本文同时考虑纤维各截面的线位移和角位移, 把纤维看作连续的弹性细杆进行研究．虽然目前关于弹性细杆几何大变形动力学问题的研究已经有了较完整的理论[3], 但现有的理论和方法都是以多参数表达……