(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210865677.6 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 （威海） 地址 264200 山东省威海市文化西路2号 (72)发明人 张涛　李晋宇　任城伟　袁林　 张鹏　徐杰　郭斌　 (74)专利代理 机构 威海汇英桥知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 37320 专利代理师 于保妹 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 17/16(2006.01) B29C 70/24(2006.01)G06F 119/14(2020.01) G06F 113/26(2020.01) (54)发明名称 一种六齿环形三维编织结构计算机仿真方 法 (57)摘要 本发明主要应用于六齿环形三维编织成型 技术领域， 主要提供一种六齿环形三维编织结构 的仿真预测算法。 所述方法主要特点是， 通过机 器仿真将编织过程数字化参数化， 通过建立多种 类的矩阵数据库， 以计算机调用—计算的方式进 行编织模型结构的数字仿真。 所述方法包括如下 步骤： 步骤一、 携纱器坐标位置确定； 步骤二、 初 始的纱线轨迹生成； 步骤三、 纱线轨迹特征优化； 步骤四、 纱线轨迹坐标+力学收紧； 步骤五、 纱线 实体化。 本发 明得到的仿真结构经过实验对比有 很高的精确度， 并可以预测纱线之间的纤维结 构， 对编织材料的微观结构预测、 结构仿真和性 能预测有着重要的作用。 权利要求书3页 说明书6页 附图4页 CN 115329478 A 2022.11.11 CN 115329478 A 1.一种六齿环形三维编织结构计算机仿真方法， 其特征在于， 首先确定纤维参数、 携纱 器参数和拨盘参数， 所述纤维参数包括纤维宽度和纤维数目， 携纱器参数包括携纱器数目 和携纱器编号， 拨盘参数包括旋转角度和拨盘编号； 通过机器仿真将编 织过程数字化参数化， 通过计算机计算的方式进行编 织模型结构的 数字仿真， 该仿真方法包括以下步骤： 步骤一、 携纱器坐标位置确定， 根据机器的携纱器和拨盘的位置配置建立网格划携纱 器位置坐标系， 相邻的x与y坐标轴距离设为a/2， 以任意位置为拨盘中心点， 携纱器以正六 边形顶点分布在拨盘中心点周围， 确定初始的携纱器的坐标位置； 步骤二、 初始的纱线轨迹生成， 通过机器仿真方法建立携纱器驱动单元矩阵， 携纱器中 心矩阵与携纱器旋转矩阵的数据库， 根据设定的编织规则， 调用对应的数据库， 进 行计算机 运算得到携纱器的坐标位置对应的携纱器路径结构； 步骤三、 纱线轨迹特征优化， 利用三次B样条曲线优化， 将拥有几何直角连接的携纱器 轨迹优化成为具有柔 性的光滑连续曲线， 即为 纱线(纤维)的路径结构； 步骤四、 纱线轨迹坐标+力学收紧， 通过同时拉进相邻的x， y坐标的距离增加z轴相邻点 的距离进 行纱线轨迹的坐标收紧， 拉进纱线之 间的距离， 通过坐标旋转， 对相近的点进行力 学分析， 进行纤维拉紧模型的建立； 步骤五、 纱线实体化， 建立Tubelike实体函数， 将纱线进行实体建模， 通过纤维路径结 构进行受力分析路径优化。 2.根据权利要求1所述的一种六齿环形三维编 织结构计算机仿真方法， 其特征在于， 通 过机器仿真将编织过程数字化参数化时， 将每个喇叭齿轮简化为一个正六边形， 每个正六 边形的顶点是一个纱架， 单个齿轮带动纱架的运动可以看作是正六边形顶点位置的变换， 建立单一拨盘矩阵数据库， 设为C(nr)矩阵， 在这个矩阵中， 字母 “Yk”的值代表第k个导纱器的位置向量矩阵， 值为0的元素代表没 有纱嘴配置的位置， 元素nr的值代表60 °角齿轮旋转角度的第n个， 正值或负值nr示于表1， 它确定了喇叭齿轮的旋转方向。 当r值 为正数时， 表示 纱嘴顺时针旋转的配置位置； 当r值为负数时， 表示纱嘴逆时针旋转的配置位置； 当r值为0时， 导纱器的配置位置保 持不变。 旋转变换 特征矩阵R( θ )， 可以计算单个载纱器的旋转 位置矩阵。 3.根据权利要求2所述的一种六齿环形三维编 织结构计算机仿真方法， 其特征在于， 假 设进行双层编织， 拨盘的中心设为H矩阵， 将六齿环形三维编织结构的整体结构进行机 器——计算机的参数化模型建立， 建立拨盘中心位置矩阵数据库： 设总体的坐标矩阵为(M,N)角轮中心坐标及矩阵的提取函数为： M_1＝zeros(M,N)； M_2＝zeros(M,N)； M_3＝zeros(M,N)；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115329478 A 2M_4＝zeros(M,N)； 得到二维绕任意 点旋转的旋转特 征矩阵D( θ )： 引入x_Yarn函数作为纱线的位置坐标函数， 则m为纤维的数量， n为编织的步数初始的 纱线点的坐标为： 设Z方向上的坐标位置变换函数为z_Yarn ＝h。 4.根据权利要求3所述的一种六齿环形三维编 织结构计算机仿真方法， 其特征在于， 步 骤二中， 根据相应的编织参数调用相应的数据库， 再输入设计者需求的纤维宽度， 携纱器数 目， 携纱器编号和旋转角度的编织参数进行纱线/纤维路径的结构， 得到携纱器轨迹图， 再 引入三次B样条曲线优化 函数， 表示第i条曲线， 得到纱线轨 迹的关系： 5.根据权利要求4所述的一种六齿环形三维编 织结构计算机仿真方法， 其特征在于， 建 立Tubelike实体函数， 假设： [Xgrid,Ygrid,Zgrid]＝TubeLike(xd,yd,zd,r)， r为纤维半 径， 由于纤维是 由点与点的连线组成， 引入角度向量t并使用一阶差分函数进行连续处理， 使纤维为 光滑曲线； t＝ linspace(0,2*pi,3 0)' 再进行法线与坐标轴正向夹角余弦， 法线与坐标轴正向夹角正弦负值： d1＝sqrt(dx.^2+dy.^2) d2＝sqrt(dx.^2+dy.^2+dz.^2) 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115329478 A 3