（紡織工程專業(yè)論文）平紋機(jī)織物強(qiáng)力的計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算[紡織工程專業(yè)優(yōu)秀論文].pdf

摘要 本文主要研究了如何運(yùn)用計(jì)算機(jī)來模擬織物中紗線的斷裂過程，預(yù)測(cè)計(jì)算織 物的拉伸斷裂強(qiáng)力。對(duì)紡織品而言，纖維、紗線的強(qiáng)度是以弱環(huán)定理為基礎(chǔ)的， 纖維、紗線的強(qiáng)度強(qiáng)力分布可以用w e i b u l l 分布函數(shù)來描述。 本文是以平紋織物為基礎(chǔ)，然后拓展到斜紋和緞紋織物。根據(jù)織物拉伸斷裂 前后織物中紗線的截面形狀的變化，建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出經(jīng)緯紗線交織點(diǎn)之間 摩擦力，進(jìn)而可以計(jì)算出織物的失效長度。失效長度來源于復(fù)合材料中的臨界長 度這一概念，失效長度是織物強(qiáng)力預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。失效長度這一概念的引入為解決 計(jì)算機(jī)模擬織物的拉伸斷裂強(qiáng)力問題提供了方便，使織物的拉伸斷裂模型能夠更 好地與實(shí)際織物的拉伸斷裂過程相吻合。 織物中紗線的斷裂造成紗線應(yīng)力集中，應(yīng)力分配方法就是纖維或者紗線斷裂 過程中應(yīng)力分配的法則，在本論文中主要應(yīng)用剪滯分配法，因?yàn)樗N近織物拉 伸斷裂過程中紗線應(yīng)力的分配。 紗線的斷裂條件是通過紗線實(shí)際承擔(dān)的載荷與紗線的名義強(qiáng)力比較得到的， 當(dāng)前者大于后者，符合紗線的斷裂條件，那么紗線斷裂：當(dāng)前者小于后者，那么 不符合紗線的斷裂條件，就必須增加織物兩端的載荷，直到使得紗線實(shí)際承擔(dān)的 載荷大于紗線的名義強(qiáng)力，符合紗線的斷裂條件為止?？椢飪啥耸┘拥妮d荷，就 是本文中織物的拉伸斷裂強(qiáng)力值。在紗線斷裂的比較過程中，主要有兩種方法， 一維斷裂法和二維斷裂法。這是本論文的主要部分。 把數(shù)學(xué)模型用計(jì)算機(jī)語言刻畫出來，本論文中用v b 語言編寫程序進(jìn)行模擬。 在本論文中程序主要由下面幾模塊組成：數(shù)據(jù)預(yù)備模塊、強(qiáng)力轉(zhuǎn)換模塊、失效長 度的計(jì)算模塊、紗線斷裂條件比較模塊、織物的強(qiáng)力值修正模塊等。 本文尋找一種新的方法來計(jì)算和預(yù)測(cè)織物的拉伸斷裂強(qiáng)力，同時(shí)，記錄織物 中紗線的斷裂順序。通過研究發(fā)現(xiàn)，用計(jì)算機(jī)來模擬機(jī)織物的強(qiáng)力方法是可行的， 不但節(jié)約時(shí)間和原料，而且可以在織物織造前來設(shè)計(jì)織物強(qiáng)力，運(yùn)用本文的方法 可以按照實(shí)際需要來設(shè)計(jì)織物的強(qiáng)力，而且可以用該法來模擬織物的拉伸斷裂過 程中紗線斷裂的先后順序。 碩士研究生姜洪雷( 紡織工程) 指導(dǎo)教師陳國華教授 關(guān)鍵詞：織物的強(qiáng)力；w e i b u l l 分布函數(shù)；應(yīng)力分配因子；結(jié)構(gòu)參數(shù)； 失效長度；計(jì)算機(jī)模擬 a b s t r a c t i nt h ep a p e r , t h ea r t i c l em a i n l yr e s e a r c ht h a th o wt os i m u l a t ea n dc a l c u l a t ef a b r i c s t r e n g t h s of a ra sf a b r i ci sc o n c e r n e d ，f i b e ra n dy a r ns t r e n g t hi sd e t e r m i n e db yt h e i r f e e b l es p o t ，o nt h eb a s i sw ec h o o s ew e i b u l ld i s t r i b u t i o nt oa n a l y z ea n de s t i m a t ey a r n s t r e n g t hd i s t r i b u t i o n a tf i r s t ，f a b r i c s t r e n g t hi sp r i n c i p a l l yr e s e a r c h e do nt h ef o u n d a t i o no ft h e p l a i n w o v e n ，t h e ne x t e n d e da n da p p l i e dt ot w i l lf a b r i ca n ds a t i nf a b r i c a c c o r d i n gt o t h et r a n s f o r m a t i o no fy a mc r o s ss e c t i o n ，t h ey a r nc r o s ss e c t i o nm o d e li sf o u n d e d ，t h e f o r m u l a sa r ed e d u c e df r o mt h e s e t h e nw ec a nc a l c u l a t ef a b r i cf r i c t i o nb e t w e e n w a r p a n dw e f t i nt h ee n d ，t h ec r i t i c a ll e n g t hi s g a i n e d t h ec o n c e p to fc r i t i c a ll e n g t hi s f r o mc o m p o s i t em a t e r i a l ，i ti st h eb a s i so f p r e d i c t i o no ff a b r i cs t r e n g t h c r i t i c a ll e n g t h p r o v i d e sc o n v e n i e n c ef o rp r e d i c t i o no ff a b r i cs t r e n g t h 。 s t r e s sc o n c e n t r a t i o ni sd u et oy a mr u p t u r e ，h o wt od i s t r i b u t es t r e s so fy a mi so n e o ft h ep r o p o s eo ft h ea r t i c l e s h a r e l a ga n a l y s i si su s e dw i d e l y b e c a u s es h a r e l a g a n a l y s i sa c c o r d sw i t ht h er u p t u r ep r o c e s so fy a m t h er u p t u r ec o n d i t i o no fy a mi sc o n f i r m e d ，b yc o m p a r i n gy a mf a c t u a ll o a da n d y a mn o m i n a ll o a d i fy a mf a c t u a ll o a di sm o r et h a ny a mn o m i n a ll o a d ，y a mi s d a m a g e df i n a l l y i fy a mf a c t u a ll o a di sl e s st h a ny a mn o m i n a ll o a d ，y a mi sn o t d a m a g e d ，t h ee x t e r i o rl o a dn e e d st ob ea d d e dg r a d u a l l y t h e r ea r et w ow a y s ， o n e - d i m e n s i o n a l r u p t u r e m e t h o da n dt w o d i m e n s i o n a l r u p t u r e m e t h o d t w o d i m e n s i o n a lr u p t u r em e t h o di sm o s t l ys t u d i e di nt h ep a p e r t h em a t h e m a t i c a lm o d e li sr e p r e s e n t e da n df i g u r e db yc o m p i l i n gc o m p u t e r p r o g r a m v bl a n g u a g ei s u s e di nt h ep r o c e s s t h e p r o g r a m sc o n s i s to fd a t a p r e p a r a t i v em o d u l e ，s t r e n g t hc o n v e r s i o nm o d u l e ，w e i b u l ld i s t r i b u t i o nm o d u l e ，y a r n r u p t u r em o d u l e ，f a b r i cs t r e n g t ha m e n d i n gm o d u l ea n ds oo n an e wm e t h o da b o u ts i m u l a t i n gf a b r i c s t r e n g t hi s f o u n d e db yt h eu s eo f c o m p u t e r t h r o u g hr e s e a r c h ，w ek n o wt h a tt h em e a n si sr e l i a b l ea n de x a c t b e s i d e s s a v i n gt i m ea n d r a wm a t e r i a l ，w em a yu s et h em e t h o dt od e s i g na n de s t i m a t ef a b r i c s t r e n g t hb e f o r ew e a v i n g ，w ec a l ld e s i g nf a b r i cs t r e n g t ha c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a ln e e d ， d u r i n gt h ec o u r s e ，a n dt h es e q u e n c eo ft h ed e s t r o y e dy a mi sk n o w no nt h es c r e e n g r a d u a t es t u d e n t ：j i a n gh o n g l e i ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f c h e ng u o h u ap r o f e s s o r k e y w o r d s ：f a b r i cs t r e n g t h ；w e i b u i ld i s t r i b u t i o n ；s t r u c t u r ep a r a m e t e r ；s t r e s s g e n e ；c r i t i c a ll e n g t h ；c o mp u t e rs i m u l a t i o n 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的學(xué)位論文系本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。文中 依法引用他人的成果，均已做出明確標(biāo)注或得到許可。論文內(nèi)容未包含法律意義上 已屬于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他學(xué)位申請(qǐng)的論文或成 果。 本人如違反上述聲明，愿意承擔(dān)由此引發(fā)的一切責(zé)任和后果。 論文作者簽名：蘭法雷 日期艿年月f 弓日 學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)權(quán)屬聲明 本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下所完成的學(xué)位論文及相關(guān)的職務(wù)作品，知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬學(xué)校。 學(xué)校享有以任何方式發(fā)表，復(fù)制、公開閱覽、借閱以及申請(qǐng)專利等權(quán)利。本人離校 后發(fā)表或使用學(xué)位論文或與該論文直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，署名單位仍然為 青島大學(xué) 本學(xué)位論文屬于： 保密口，在二年解密后適用于本聲明。 不保密口 ( 請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“ ” ) 論文作者簽名： 日期：e 年6 月房日 導(dǎo)師簽名：叩們7 唧 嘣：一降月們 、 i ( 本聲明的版權(quán)歸青島大學(xué)所有，未經(jīng)許可，任何單位及任何個(gè)人不得擅自使用) 青島大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 - 1引言 隨著科技與社會(huì)的進(jìn)步，在人類與自然做斗爭(zhēng)的實(shí)踐中，紡織生產(chǎn)技術(shù)和紡織 品品質(zhì)不斷得到提高和發(fā)展。紡織工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要部門，紡織品是重要的生 活必需品，是體現(xiàn)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的重要指標(biāo)之一?，F(xiàn)代社會(huì)，人們 對(duì)織物的服用性能提出了更高的要求，織物的拉伸、耐磨、撕裂、懸垂等各項(xiàng)性能 直接影響到織物的服用性能。 織物( 包括機(jī)織物、針織物以及各種非織造布等) 的損壞因素很多，其中最基 本的就是拉伸、彎曲、壓縮與摩擦等機(jī)械強(qiáng)力作用n 1 ?？椢锏臋C(jī)械性能包括拉伸性 能、撕裂性能和頂破性能等。在本文主要研究的是織物的拉伸斷裂強(qiáng)力。 織物的強(qiáng)度是紡織品的一個(gè)重要的指標(biāo)，不管是人們?nèi)粘４┲玫募徔椘?，還 是產(chǎn)業(yè)用紡織品或家用紡織品等等。但是，通常在生產(chǎn)或者設(shè)計(jì)織物的時(shí)候，不能 預(yù)見織物的強(qiáng)力，只能通過制作小樣以后，對(duì)實(shí)物的強(qiáng)力進(jìn)行測(cè)定。所以，紡織產(chǎn) 品的強(qiáng)度預(yù)測(cè)就成為一個(gè)重要的課題。 通常所說的強(qiáng)力，一般是指的是織物的平均強(qiáng)力，但是纖維、紗線及織物等它 們的強(qiáng)力具有很強(qiáng)的分散性，僅用它們的平均強(qiáng)力來進(jìn)行描述是不準(zhǔn)確的，不可靠 的，依靠紡織產(chǎn)品的強(qiáng)力均值來預(yù)測(cè)產(chǎn)品的最終強(qiáng)力，存在著固有誤差。在對(duì)產(chǎn)品 質(zhì)量要求越來越高的現(xiàn)代社會(huì)，找到一種能準(zhǔn)確計(jì)算各種紡織品強(qiáng)力的方法是非常 必要的。要計(jì)算紗線或織物的強(qiáng)力，必須清楚其斷裂過程，如由紗線強(qiáng)力推導(dǎo)計(jì)算 織物強(qiáng)力，織物的斷裂過程是較弱的紗線首先斷裂，之后載荷在相關(guān)的紗線上重新 分配，然后，其它完好的紗線中較弱的紗線再次斷裂，這個(gè)過程反復(fù)進(jìn)行直到織物 斷裂。顯然，織物的強(qiáng)力小于各根紗線強(qiáng)力的簡單相加。為了更準(zhǔn)確的分析紗線和 織物強(qiáng)力之間的關(guān)系，必須從微觀入手，建立斷裂模型。 影響織物的拉伸斷裂強(qiáng)度的因素主要有：( 1 ) 織物的密度和織物的組織的影響， 當(dāng)機(jī)織物經(jīng)緯密度同時(shí)變化或任一系統(tǒng)的密度改變時(shí)候，織物的強(qiáng)度也隨之改變。 若經(jīng)向密度不變，僅使緯向密度增加，則織物中緯向強(qiáng)度增加，而經(jīng)向強(qiáng)度有下降 的趨勢(shì)。應(yīng)該指出，對(duì)某一品種的織物而言，經(jīng)緯密度都有一極限值，經(jīng)緯密度在 某一極限值內(nèi)，可能對(duì)織物的強(qiáng)度有利，若超過某一極限值，由于密度的增加后紗 線所受的張力、反復(fù)作用的次數(shù)以及屈曲程度的過分增加，將會(huì)給織物帶來不利的 影響d 1 。( 2 ) 紗線的特?cái)?shù)和結(jié)構(gòu)的影響，在織物的組織和密度相同的條件下，用特?cái)?shù) 大的紗線織造的織物，其強(qiáng)度比特?cái)?shù)小的為高。很明顯，這是由于特?cái)?shù)大的紗線強(qiáng) 力較大，并且由特?cái)?shù)大的紗線織成相同密度的織物，其緊度較大，織物較厚，斷面 第一章緒論 積大，經(jīng)緯紗之間的接觸面積增加，纖維間的摩擦力增大，使織物強(qiáng)度提高。紗線 的結(jié)構(gòu)主要包括紗線的捻度和紗線的捻向。紗線捻度對(duì)織物強(qiáng)度的作用包含著兩個(gè) 互相對(duì)立的兩個(gè)方面。當(dāng)紗線捻度在臨界捻度以下，在一定范圍內(nèi)，增加紗線的捻 度，織物的強(qiáng)度有提高的趨勢(shì)；當(dāng)紗線的捻度接近臨界捻度時(shí)候，織物的強(qiáng)度明顯 下降。紗線的捻向，通常從影響織物的光澤考慮較多，但也與織物的強(qiáng)度有關(guān)。( 3 ) 纖維的品種與混紡比的影響，織物的結(jié)構(gòu)因素基本相同時(shí)候，織物的紗線的強(qiáng)度利 用的系數(shù)大致保持穩(wěn)定，紗線中纖維強(qiáng)度利用程度的差異也在一定的范圍內(nèi)，因此 纖維的品種是織物強(qiáng)伸性能的決定因素。纖維的混紡比也對(duì)織物的強(qiáng)力有一定的影 響。在本文中主要是對(duì)純棉平紋機(jī)織物，在不同特?cái)?shù)的紗線和不同密度的織物等條 件下對(duì)織物的拉伸斷裂強(qiáng)力進(jìn)行研究。 在實(shí)驗(yàn)室中，織物的強(qiáng)力一般用擺錘式織物強(qiáng)力實(shí)驗(yàn)機(jī)來測(cè)定，實(shí)驗(yàn)過程中試 條的尺寸及試條夾持的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大口1 。試條的尺寸大織物的斷裂強(qiáng)力 有所下降。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，二般織物長為2 0 厘米，寬為5 厘米。常用的試條夾持方法有 扯邊紗條樣法( r a v e l e d - s t r i pm e t h o d ) 、剪切條樣法( c u t s t r i pm e t h o d ) 及抓樣法( c r a b m e t h o d ) 。國家規(guī)定一般用扯邊紗條樣法，扯邊紗條樣法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不勻率較小， 但有一些不宜扯邊紗的織物如針織品、縮絨織品、氈品、非織造布、涂層織品以及 其它不易扯邊紗的織品，采用剪切條樣法。抓樣法試樣準(zhǔn)備容易，實(shí)驗(yàn)狀態(tài)接近實(shí) 際情況，但所得強(qiáng)力略大。上面三種方法適合于不同品種的織物，對(duì)織物的強(qiáng)力均 有一定的影響。而且實(shí)驗(yàn)過程耗時(shí)多，浪費(fèi)材料，實(shí)驗(yàn)過程比較復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 受諸多因素的影響。 在實(shí)驗(yàn)室中，均是通過破壞性的織物拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)來測(cè)定織物的強(qiáng)力，試驗(yàn)的 過程無法再現(xiàn)。本文的目的是尋找一種簡單、有效、準(zhǔn)確、快速的方法來測(cè)試或者 模擬計(jì)算織物的拉伸斷裂強(qiáng)力。在本課題中將利用紗線的特征參數(shù)( 主要是紗線的強(qiáng) 力、細(xì)度、捻度等) 和織物的規(guī)格參數(shù)，借助于紗線的斷裂模型和紗線斷裂的應(yīng)力分 配法則，用計(jì)算機(jī)語言編程來預(yù)測(cè)織物斷裂的強(qiáng)力( 建立織物束鏈模型，確定織物失 效長度，模擬織物的斷裂過程，確定織物失效長度內(nèi)的紗線的強(qiáng)度分布和織物強(qiáng)力， 并由此得到整個(gè)夾持長度內(nèi)的織物強(qiáng)度，做到準(zhǔn)確模擬計(jì)算或測(cè)試) ，模擬織物的斷 裂過程即織物中紗線的斷裂的先后順序，或者在織造過程中來設(shè)計(jì)織物的強(qiáng)力，得到 織物的最大強(qiáng)力值與最小強(qiáng)力值，可以充分利用紗線的應(yīng)力空間，來滿足人們對(duì)織 物的強(qiáng)力的要求，而不必再把紗線織成織物后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定，避免了不必要的物力 和時(shí)間的浪費(fèi)和減少了實(shí)驗(yàn)復(fù)雜性。這對(duì)于機(jī)織物的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)有著重要的實(shí)際意 義。 2 青島大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 - 2 研究的現(xiàn)狀和意義 對(duì)織物力學(xué)性能的研究，從二十世紀(jì)二十年代至今一直是紡織領(lǐng)域國內(nèi)外學(xué)者 專家關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著對(duì)織物力學(xué)性能研究的深入和許多研究學(xué)術(shù)論文及著作的發(fā) 表，織物力學(xué)性能的研究逐步拓寬為多學(xué)科交叉、具有廣闊前景的研究方向之一。 1 2 1 織物力學(xué)性能研究的主要方法 1 幾何法主要圍繞著p i e r c e 在1 9 3 7 年提出的平紋織物幾何結(jié)構(gòu)原始模型及其改 進(jìn)方面展開。在該模型中，p i e r c e 假設(shè)組成織物的紗線截面總是圓形，紗線的抗 彎剛度很小，并且內(nèi)應(yīng)力為零，以至可以忽略不計(jì)且又不能產(chǎn)生伸長的剛性體，得 到如圖1 1 所示的平紋織物組織單元模型。p i e r c e 原始結(jié)構(gòu)模型及其改進(jìn)模型作為 研究平紋織物剪切、拉伸伸長等是較成功的，但在分析織物的起始拉伸伸長比較麻 煩，且模型不能用來分析織物力學(xué)行為的內(nèi)部應(yīng)力松弛效應(yīng)。 圖1 1 平紋織物的p i e r c e 模型 a = u d o ) e o s o + d s i n o 卜( 1 ) h = ( ，一d 目) s i n o + d ( 1 一c o n o ) 1 一( 2 ) c ：生：一l卜( 3 ) 口口 ：t - _ 竺a ：1 一_ a 卜( 4 ) z， 式中；，為紗線的單元結(jié)構(gòu)中的長度( 咖) ；h 為紗線的屈曲波高；口為紗軸線 與布的中心線之間的夾角，既是織造角；a 兩紗線的中心矩( 舳) ；c 屈曲波長之比： 織物的織縮比；4 經(jīng)紗的直徑，畋緯紗的直徑，d 為經(jīng)、緯紗線直徑之和，即 d = 儡+ 吃。 p i e r c e 模型是由純幾何的概念導(dǎo)出的，實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，該幾何模型只有在 較緊密地織物中成立。在織物的緊度較大、織造張力較大或紗線捻度較小的時(shí)候， 紗線的幾何形態(tài)會(huì)發(fā)生變化，結(jié)果會(huì)存在較大的誤差。盡管p i e r c e 模型存在較大的 局限性，但是在討論織物經(jīng)緯紗線的交織結(jié)構(gòu)，理解織物的幾何結(jié)構(gòu)相和形態(tài)結(jié)構(gòu) 第一章緒論 參數(shù)均有幫助。 礦 2 力法和能量法是從力學(xué)角度來分析織物，兩者分別表示織物結(jié)構(gòu)研究的兩條 根本不同的途徑。力法研究的范圍是織物的小變形及線性范圍內(nèi)進(jìn)行，且限于簡單 變形范圍。力法研究只能在局部解決問題，不能總體上反映織物力學(xué)性能，即使求 解出來，也是在線性范圍內(nèi)，在不同的區(qū)域用不同的模量值進(jìn)行折線擬合，又由于 不同模量值取值數(shù)量太少而使折線擬合十分粗糙。能量法目前存在的問題主要是實(shí) 用化程度不高。它雖可較成功的反映織物結(jié)構(gòu)力學(xué)，但它仍停留在理論探討的層面 上，離實(shí)際的實(shí)用化還有一定距離。主要是因?yàn)椋阂皇羌僭O(shè)條件不合理，如不能反 映織物細(xì)觀結(jié)構(gòu)；二是假設(shè)參數(shù)大多，使實(shí)用性及數(shù)值化實(shí)現(xiàn)很困難，在反映織物 內(nèi)部的細(xì)觀力學(xué)等方面如紗線間的相互作用方面，仍不能使該方法完善；三是邊界 條件確定困難。 3 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头ㄊ峭ㄟ^實(shí)驗(yàn)調(diào)查的方式建立模型來預(yù)測(cè)織物的特征和性能。這種 模型是在嚴(yán)格控制的條件下舊，通過做大量實(shí)驗(yàn)并運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法( 如曲線模擬和回歸 分析) 得出的，在使用時(shí)受到限制，主要是因?yàn)椋? 1 ) 這些實(shí)驗(yàn)的大小一直受到成本 和時(shí)間因素的限制，因而選擇的原料和工藝參數(shù)僅能在較窄的范圍里考慮；。( 2 ) 現(xiàn)存 的統(tǒng)計(jì)方法不能精確的模擬織物形成過程中復(fù)雜的非線性關(guān)系。 4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法( a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ) 是最近發(fā)展起來的多學(xué)科交叉的 前沿技術(shù)，它涉及系統(tǒng)工程、生物、電子、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)和物理學(xué)等學(xué)科，有非常 廣泛的應(yīng)用背景。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)并行分布式的信息處理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一種集建模、 控制和優(yōu)化于一體的功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)方法。所有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都是以大量簡單的神經(jīng) 元和連接它們的權(quán)為特征的，每個(gè)神經(jīng)元只有一個(gè)輸出，它可以連接到很多其它的 神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元輸入有多個(gè)連接通路，每個(gè)連接通路對(duì)應(yīng)于一個(gè)連接權(quán)系數(shù)， 這些連接權(quán)系數(shù)中存貯著網(wǎng)絡(luò)的信息。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是在處理解決問題時(shí)，不需要對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，而是通過 其結(jié)構(gòu)的可變性，逐步適應(yīng)外部環(huán)境各種因素的作用，不斷挖掘出研究對(duì)象之間內(nèi) 在的因果關(guān)系，以達(dá)到最終解決問題的目的。這種因果關(guān)系，不表現(xiàn)為一種精確的 數(shù)學(xué)解析式描述，而是表現(xiàn)為一種不很精確的輸入值描述1 。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程 就是調(diào)整連接權(quán)系數(shù)的大小、減小網(wǎng)絡(luò)總誤差、不斷提高網(wǎng)絡(luò)性能的過程。它主要 具有以下的特征：( 1 ) 突出的學(xué)習(xí)自適應(yīng)能力：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)外界環(huán)境修改自身行 為，當(dāng)出現(xiàn)一級(jí)信息時(shí)，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)算法使其不斷調(diào)整，產(chǎn)生一系列一 致的結(jié)果。( 2 ) 容錯(cuò)能力：通過學(xué)習(xí)訓(xùn)練之后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在某種程度上對(duì)外界輸入信 息少量的丟失或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組織的局部映損不再敏感，同時(shí)可以得到相同的結(jié)果，反 映了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性。( 3 ) 聯(lián)想記憶能力：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)非線性關(guān)系采用點(diǎn)點(diǎn)映 照，它的輸入與輸出之間的關(guān)系曲面比較光滑，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一旦訓(xùn)練好以后，與 4 青島大學(xué)碩士學(xué)位論文 輸入樣本匹配時(shí)，直接復(fù)現(xiàn)記億的原則，當(dāng)樣本不匹配時(shí)，通過聯(lián)想相近的原則處 理。 圖1 2b p 網(wǎng)絡(luò)的模型 上圖就是現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用比較廣泛b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，b p 網(wǎng)絡(luò)包含三種層：( 1 ) 一個(gè)輸入層負(fù)責(zé)從外部世界輸入信息，有時(shí)它只是輸入信息的緩沖寄存器組成的輸 入信道而已，( 2 ) 一個(gè)或多個(gè)隱層或稱為中間層，它們負(fù)責(zé)信息處理工作。( 3 ) 一 個(gè)輸出層將處理后的信息傳遞出網(wǎng)絡(luò)。 b p 網(wǎng)絡(luò)輸入層接受輸入信息逐層向前傳遞和處理，輸入的信息x 。經(jīng)逐層傳遞， 直到輸出層，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出結(jié)果y j ，在訓(xùn)練學(xué)習(xí)階段，如果實(shí)際的輸出y ，與 目標(biāo)輸出y d 存在誤差e ，則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)輸出有誤口1 ，b p 算法認(rèn)為所有的神經(jīng)元之間的 連接權(quán)重都應(yīng)對(duì)此負(fù)責(zé)，誤差信號(hào)反向傳播到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，去改變權(quán)重，整個(gè)過程是 反復(fù)進(jìn)行的，所有的權(quán)重值被用來進(jìn)行下一輪的計(jì)算，直到使輸出誤差e 達(dá)到規(guī)定 的值為止。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是利用大量的采集到的標(biāo)準(zhǔn)的樣本數(shù)據(jù)來訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)的反 復(fù)訓(xùn)練，不斷修改神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)值8 】，待到網(wǎng)絡(luò)的誤差控制在允許的范圍以內(nèi)時(shí)， 可以把網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)固定下來，也就是內(nèi)部的各個(gè)權(quán)系數(shù)確定了，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各個(gè)神經(jīng) 元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系就確定了，如果對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深入的研究可以確定它們之間的數(shù)學(xué) 關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定了，可以按照規(guī)定格式，向網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)輸出相應(yīng)的結(jié) 果。因此，可以用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來解決織物強(qiáng)力方面的問題，開始用一部分的標(biāo)準(zhǔn)的織 物拉伸斷裂強(qiáng)力樣本數(shù)據(jù)來訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)阻j 們，待到訓(xùn)練完成以后可以用來測(cè)試計(jì)算織物 的拉伸斷裂強(qiáng)力。 1 2 2 研究織物力學(xué)性能的意義 織物的力學(xué)性能是確定織物服用性能及其品質(zhì)評(píng)定的重要方面，如何根據(jù)織物 的結(jié)構(gòu)參數(shù)和紗線參數(shù)來預(yù)測(cè)估計(jì)織物的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，在紡織研究中已有較長的 歷史了。目前針對(duì)織物的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究方法主要有基本力學(xué)模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头ā?基本力學(xué)模型主要包括幾何法、力法和能量法等。近幾年來，隨著計(jì)算機(jī)與紡織技 術(shù)的緊密結(jié)合，在國內(nèi)外興起了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在紡織領(lǐng)域內(nèi)也獲得了 廣泛的應(yīng)用，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法成為一種解決織物的力學(xué)性能的問題的有利武器，具有 5 第一章緒論 廣闊的研究和光明實(shí)用的前景。 在本論文中通過利用紗線、織物的結(jié)構(gòu)的參數(shù)建立計(jì)算模型，利用計(jì)算機(jī)的快 速處理數(shù)據(jù)的能力，給紗線不斷的賦隨機(jī)的強(qiáng)力值，然后不斷的比較、循環(huán)，可以 迅速計(jì)算得到織物的拉伸斷裂強(qiáng)力，使得紡織科研人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)和生活中 需要的織物拉伸斷裂強(qiáng)力，來對(duì)織物的組織和密度、紗線強(qiáng)力、細(xì)度和密度等進(jìn)行 預(yù)先的設(shè)計(jì)或者選擇，從而改變以往的產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員依照相似織物的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確 定織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)這一弊病，可以杜絕產(chǎn)品試織過程中帶有相當(dāng)程度的隨機(jī)性和盲 目性等缺點(diǎn)，為以后研究各類織物的機(jī)械結(jié)構(gòu)性能，尤其是織物的拉伸斷裂性能提 供了可以借鑒的方法和思路。 卜3 本文研究的主要內(nèi)容和解決的主要問題 對(duì)織物的力學(xué)性能的研究，一直是紡織領(lǐng)域國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著計(jì)算 機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的普及，用計(jì)算機(jī)模擬的方法來解決織物的力學(xué)問題已經(jīng)變得 越來越廣泛，已經(jīng)成為紡織領(lǐng)域內(nèi)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。模擬的概念是指把某一個(gè)現(xiàn)實(shí) 或抽象系統(tǒng)的某種特征或部分狀態(tài)，用另一個(gè)系統(tǒng)或者模型來代替或模仿。模擬的 方法是利用隨機(jī)數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算，是對(duì)構(gòu)造的模擬模型作統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，來研究、 分析原有的系統(tǒng)或進(jìn)行設(shè)計(jì)新的系統(tǒng)。 通常講的織物分為機(jī)織物和針織物兩種，它們的斷裂機(jī)理是不一樣的。在本論 文中，主要研究用計(jì)算機(jī)來模擬平紋織物的拉伸斷裂強(qiáng)力，為以后的各種類型的機(jī) 織物的強(qiáng)力模擬奠定基礎(chǔ)。 平紋織物在受外力的拉伸的過程中，經(jīng)緯紗線的交織點(diǎn)受力，使得織物的經(jīng)緯 紗線的截面發(fā)生變化，對(duì)織物的經(jīng)緯紗線交織點(diǎn)受力分析，可以計(jì)算出經(jīng)緯紗線交 織點(diǎn)之間的摩擦力，進(jìn)而可以求出織物的失效長度。通過對(duì)織物的拉伸斷裂過程的 分析，可以建立織物的拉伸斷裂模型，主要有一維模型和二維模型。 1 3 1 本文主要研究的內(nèi)容 平紋織物在受到外力作用被拉伸的過程中，對(duì)織物中的紗線進(jìn)行受力分析，從 而得出平紋織物拉伸斷裂的概率數(shù)學(xué)模型，通過建立概率模型來計(jì)算織物的強(qiáng)力， 研究的主要內(nèi)容如下： 1 w e i b u l l 分布是一個(gè)概率函數(shù)，是w e i b u u 從弱環(huán)理論的模型出發(fā)，得到的一 個(gè)廣泛適用的分布模型。w e i b u l l 分布是以脆性材料的最弱連接為基礎(chǔ)的，也就是以 弱環(huán)定理為基礎(chǔ)的，符合纖維斷裂的情形。目前，w e i b u l l 分布模型已經(jīng)研究的比較 成熟，應(yīng)用也較為廣泛，w e i b u l l 分布模型常用來研究某些新型的材料的強(qiáng)力分布狀 況，通過對(duì)少量的樣品材料做精確實(shí)驗(yàn)，利用w e i b u l l 模型可以給出較為準(zhǔn)確的全體 材料的強(qiáng)力分布情況。在本文中，首先對(duì)織物中部分紗線進(jìn)行測(cè)試得到紗線的強(qiáng)力， 6 青島大學(xué)碩士學(xué)位論文 采集到大量的紗線強(qiáng)力值，并對(duì)紗線強(qiáng)力值進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使之成為在規(guī)定長度下的紗 線強(qiáng)力值。在此基礎(chǔ)上，利用概率上的w e i b u l l 分布模型，可以得到全體紗線的強(qiáng) 力值分布。 2 失效長度是一個(gè)來自于復(fù)合材料的概念，在機(jī)織物中，失效長度是反映織物 在拉伸過程中經(jīng)緯紗相互影響的一個(gè)數(shù)值。眾所周知，在織物的斷裂的過程中，首 先是由于紗線的解體，導(dǎo)致織物失效。織物中紗線斷裂后，由于經(jīng)緯紗之間的摩擦 力的存在，紗線上承擔(dān)的載荷，并不影響到整根紗線，而只是影響紗線上的一段長 度，這段長度就是失效長度。要計(jì)算織物的失效長度必須建立斷裂模型，通過對(duì)模 型的分析，來計(jì)算出織物的失效長度。應(yīng)力分配法則就是如何把紗線上承擔(dān)的載荷， 按照某種應(yīng)力分配的法則，分配到其它的相關(guān)的紗線上。 3 織物中紗線斷裂條件的確定，在外界向織物施加外力的時(shí)候，紗線上承擔(dān)的 載荷逐步增加，直致達(dá)到臨界狀態(tài)，此時(shí)，紗線受到的拉伸力等于紗線可以承受的 載荷，繼續(xù)向織物施加外力，紗線就將被拉斷。臨界狀態(tài)就是當(dāng)紗線本身能夠承擔(dān) 的載荷等于外界對(duì)紗線施加的載荷的狀態(tài)。前者小于后者，紗線斷裂。運(yùn)用計(jì)算機(jī) 編程可以使得整個(gè)過程循環(huán)進(jìn)行，反復(fù)比較，直到全體的紗線都斷裂。在本論文中， 就是通過對(duì)織物不斷施加外力，而求得在全體紗線都斷裂時(shí)候，加在織物上的載荷。 這就是對(duì)織物拉伸斷裂強(qiáng)力模擬得到的理論強(qiáng)力值，通過對(duì)模擬的織物理論斷裂強(qiáng) 力值的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的織物強(qiáng)力值進(jìn)行比較，確定出它們之間的關(guān)系，可以用來預(yù)測(cè) 織物的拉伸斷裂強(qiáng)力，因此可以用來對(duì)織物的拉伸斷裂強(qiáng)力進(jìn)行模擬。 1 3 2 解決的主要問題 在本課題的研究及實(shí)驗(yàn)過程中，借鑒了別人的研究成果。( 借用了p i e r c e 力學(xué)模 型并對(duì)其進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，從復(fù)合材料中引入臨界長度的概念等) ，并在這個(gè)基礎(chǔ) 進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)如何用計(jì)算機(jī)模擬織物的強(qiáng)力這一問題，提出了解決的方案和步驟， 對(duì)課題中的難點(diǎn)問題，給出了合理的解決方法。 1 在實(shí)驗(yàn)的過程中，要對(duì)織物的拉伸前后的截面進(jìn)行研究，如何對(duì)織物的拉伸 前后的兩種狀態(tài)進(jìn)行客觀的描述，在本論文中，主要用到切片法，確定織物拉伸前 后紗線的截面積彎曲程度的變化，然后計(jì)算織物中紗線交織點(diǎn)的摩擦力以及失效長 度，并運(yùn)用紗線和織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)，用計(jì)算機(jī)來模擬織物的斷裂過程，最終可以計(jì) 算得到織物的強(qiáng)力。紗線的斷裂過程中，斷裂紗線的應(yīng)力分配問題和邊界問題的解 決是主要的內(nèi)容。在論文中引入了復(fù)合材料中的失效長度的概念，失效長度是解決 織物的強(qiáng)力問題的基礎(chǔ)。 2 在織物斷裂過程中，紗線的應(yīng)力分配法則的確定。在織物的斷裂過程中，織 物中較弱的紗線斷裂，其承擔(dān)的載荷如何分配到其余的相關(guān)紗線上，通常主要有三 種應(yīng)力分配方法，確定出一種適合織物的應(yīng)力分配方法，可以用來準(zhǔn)確模擬織物的 7 第一章緒論 斷裂過程。 3 隨著研究的深入，尤其是當(dāng)織物設(shè)計(jì)者把織物機(jī)械性能作為設(shè)計(jì)時(shí)的主要考 慮因素時(shí)，開展織物幾何模型的研究顯得非常重要。要研究織物的強(qiáng)力問題，必須 建立織物的力學(xué)模型，本文的模型是在p e i r e e 模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際的問題，主 要考慮織物拉伸前后截面的形狀變化，對(duì)p e i r e e 模型進(jìn)行合理的變化，重新建立模 型。通過利用計(jì)算機(jī)編程把建立的模型表達(dá)出來，可以用來進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。 織物的強(qiáng)力是衡量織物內(nèi)在品質(zhì)的一個(gè)重要的指標(biāo)。本文的測(cè)試織物強(qiáng)力方法 與通常實(shí)驗(yàn)室測(cè)試織物強(qiáng)力的方法不同，實(shí)驗(yàn)室的方法通常是拉伸斷裂法，把織物 放在織物拉伸強(qiáng)力機(jī)上，進(jìn)行拉斷實(shí)驗(yàn)；而本文的方法主要是隨機(jī)模擬法，通過建 立模型，用計(jì)算機(jī)隨機(jī)賦值的方法，進(jìn)行不斷地?cái)嗔训募喚€比較和循環(huán)，而得到的 織物拉伸斷裂強(qiáng)力。 用計(jì)算機(jī)模擬織物的拉伸斷裂強(qiáng)力是在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試織物強(qiáng)力的基礎(chǔ)上的一種嘗 試，用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算織物的拉伸斷裂強(qiáng)力為紡織廠和實(shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)和測(cè)試織物的 強(qiáng)力提供了方便，用計(jì)算機(jī)模擬織物的強(qiáng)力給紡織廠設(shè)計(jì)和開發(fā)新品種織物，合理 的運(yùn)用原材料提供直接的理論依據(jù)和具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義；同時(shí)也可以用來在實(shí)驗(yàn)室 對(duì)織物的拉伸斷裂強(qiáng)力進(jìn)行研究和快速的測(cè)定。 青島大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章程序設(shè)計(jì)的步驟 在本論文中，選用v b ( v i s u a lb a s i c ) 語言來編寫程序，v b 是微軟公司的一個(gè)強(qiáng) 力的應(yīng)用程序開發(fā)工具，使用它可以開發(fā)出w i n d o w s 環(huán)境下的任何程序。系統(tǒng)采用 的v b 程序設(shè)計(jì)語言，是v i s u a ls t u d i o 家族的一員，“v i s u a l 指的是開發(fā)圖形用 戶界面( g i j i ) 的方法，該方法不需要編寫大量的代碼去描述界面元素的外觀和位 置，只要把需要的對(duì)象加到屏幕上既可以n u ?！眀 a s i c 指的是b a s i c 語言，是一 種在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上應(yīng)用最廣泛的語言之一。v i s u a lb a s i c 在原有b a s i c 語言的基 礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展，至今包含了數(shù)百條語句、函數(shù)及關(guān)鍵詞等，其中很多和w i n d o w s g u i 有直接的關(guān)系。 2 - 1v b 語言的選用 現(xiàn)在，較為流行的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言有v b 、v c 等，結(jié)合本課題的特點(diǎn)，因?yàn)?在課題中，在w e i b u l l 分布的參數(shù)估計(jì)涉及到回歸分析和相關(guān)系數(shù)的計(jì)算，手工計(jì)算 進(jìn)行參數(shù)的估計(jì)比較麻煩，可以通過v b 程序輸出圖像來觀察織物的強(qiáng)力分布，為了 對(duì)紡織品強(qiáng)力的w e i b u l l 分布進(jìn)行更加方便的研究，利用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行參數(shù)的估計(jì) 和繪制擬合圖等。因此，在本文中選用了v b 計(jì)算機(jī)語言。 2 1 1v b 語言的優(yōu)點(diǎn) v b 是目前最優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，它保留傳統(tǒng)的b a s i c 語言的簡潔、易學(xué)、 易用的特點(diǎn)n 幻，同時(shí)增加了對(duì)可視化和面向技術(shù)的支持，利用可視化技術(shù)使程序開 發(fā)人員擺脫了面向過程語言的許多細(xì)節(jié)，而將主要的精力集中到解決具體問題上和 設(shè)計(jì)友好的用戶界面來。v b 語言的這一優(yōu)點(diǎn)，正好可以降低非計(jì)算機(jī)專業(yè)人士編程 的難度，可以不用過多考慮設(shè)計(jì)編寫用戶界面的問題，v b 只要從工具箱中取出所需 要的控件放在窗口上就可以了，不必編寫復(fù)雜的代碼n 羽。也就是說，屏幕上用戶的 界面是用v i s u a lb a s i c 提供的可視化設(shè)計(jì)工具直接畫上的，而不是用程序?qū)懗鰜淼摹?9 第二章程序設(shè)計(jì)的步驟 日曩豳墨暖霞盈圈豳_ 糞糞攀釜遂丑慧囂蘩纛氅夔簍鍪翻：塑= 墨小i 琵凌囊霧 塑二j 扭! l 塑：| 瞰2 i 界面圖像 上面的圖像就是利用v b 語言設(shè)計(jì)的程序的界面，圖上的各個(gè)控件就是從v b i 具 箱中直接加入到宙體上的，利用v b 語言可以直接進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，不用花費(fèi)大量的 精力在界面的設(shè)計(jì)上。 而用v b 語言設(shè)計(jì)的程序，程序執(zhí)行的基本的方法是有事件來驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的子程序。 v b 應(yīng)用程序是由若干規(guī)模較小的事件過程子程序組成的，每個(gè)事件過程子程序僅在 某個(gè)特定的事件發(fā)生的時(shí)候才被執(zhí)行，即程序的執(zhí)行是由事件來驅(qū)動(dòng)的，執(zhí)行的順 序由用戶來決定，沒有事件的時(shí)候，程序處于停滯的狀態(tài)。 2 1 2 程序采用事件驅(qū)動(dòng)的方式 計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的事件就是對(duì)象上所發(fā)生的事情，在v b 中事件是指由系統(tǒng)預(yù)先定 義好的，能夠被對(duì)象識(shí)別和響應(yīng)的動(dòng)作。 v b 語言編程與傳統(tǒng)的編程方法不同，采用的是事件驅(qū)動(dòng)編程機(jī)制。傳統(tǒng)的編程 方法根據(jù)程序的要實(shí)現(xiàn)的功能，寫出完整的代碼，在執(zhí)行程序的時(shí)候，總是從程序 的第一個(gè)語句開始，直到結(jié)束語句為止。并且中間有程序調(diào)用各個(gè)子程序。作為程 序的設(shè)計(jì)者必須十分周到考慮程序中各個(gè)細(xì)節(jié)“4 1 ，并將整個(gè)程序的執(zhí)行順序設(shè)計(jì) 好，只有這樣程序才能按照指定的過程執(zhí)行。v b 采用的是事件驅(qū)動(dòng)編程機(jī)制，程序 執(zhí)行的先后順序，是根據(jù)各個(gè)事件觸發(fā)的先后順序。圖2 1 中，窗體上各個(gè)按鈕就 是一個(gè)對(duì)象，程序運(yùn)行的先后順序，就是這些對(duì)象的觸發(fā)的先后順序。采用事件驅(qū) 動(dòng)編程機(jī)制降低了程序設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)程序的難度，可以把大量的精力和時(shí)間用在用在 程序算法和優(yōu)化上面。 目前，隨著計(jì)算機(jī)的普及，計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在各行業(yè)中 的應(yīng)用也曰漸增多。由于v b 語言簡單易用、面向?qū)ο罂梢暬幊痰奶攸c(diǎn)，進(jìn)一步又 促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和發(fā)展，使得蠕語目在非計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)人員的領(lǐng)域內(nèi)得 到了廣泛的使用，從丌發(fā)個(gè)人和小組使用的小工具到大型企業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)，甚至 青島大學(xué)碩士學(xué)位論文 通過i n t e r n e t 的遍及全球的分布式應(yīng)用程序，都可以應(yīng)用v b 語言，v b 語言是世界上 應(yīng)用最普遍的語言之一 2 - 2 程序設(shè)計(jì)的步驟 對(duì)于紡織服裝工業(yè)來說，按照織物的機(jī)械物理性能設(shè)計(jì)紡織品是相當(dāng)重要的。 這些性能當(dāng)中最基本的一個(gè)就是織物的拉伸斷裂強(qiáng)力，這一指標(biāo)是由纖維、經(jīng)緯紗 線、紗線密度、織物組織以及織物品種等各種因素綜合決定的。織物的機(jī)械力學(xué)性 能已經(jīng)引起了世界范圍內(nèi)科學(xué)家的重視，用計(jì)算機(jī)來模擬織物的力學(xué)性能更是一個(gè) 熱點(diǎn)問題。 機(jī)織物在不同場(chǎng)合的使用的過程中，如果長期受到集中負(fù)荷的作用，在經(jīng)過一 段時(shí)間后，就可能達(dá)到疲勞的極限而被集中的負(fù)荷把織物中紗線拉斷，使織物局部 受到破壞。這種現(xiàn)象不僅會(huì)出現(xiàn)在服裝、裝飾布上，而且更多地出現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)用織物 上。在實(shí)際的生產(chǎn)和研究中，常要對(duì)機(jī)織物的拉伸斷裂強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。為了明確織 物的結(jié)構(gòu)參數(shù)與拉伸斷裂強(qiáng)度的關(guān)系，從理論上指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，需要對(duì)機(jī)織物拉伸 斷裂的機(jī)理進(jìn)行分析，并建立相關(guān)的數(shù)學(xué)的模型。 模型建立后，運(yùn)用v b 軟件設(shè)計(jì)工具進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)n 刀，在本文中 對(duì)機(jī)織物機(jī)械物理性能的計(jì)算機(jī)模擬的具體步驟為： 1 提出問題，在本論文中，根據(jù)實(shí)踐生產(chǎn)和應(yīng)用中出現(xiàn)的問題、以及要解決的 問題，對(duì)模擬系統(tǒng)提出問題，并對(duì)問題進(jìn)行詳細(xì)地闡述，對(duì)模擬對(duì)象的目的和要求 進(jìn)行嚴(yán)格科學(xué)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。本論文要解決的問題是，尋求一種快速簡單的方法， 來測(cè)試機(jī)織物的拉伸斷裂強(qiáng)力，在日常生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中，測(cè)試機(jī)織物強(qiáng)力必須在織物 織造完成后，本文想找到一種方法可以在織造以前就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)織物強(qiáng)力的設(shè)計(jì)。 2 收集模擬系統(tǒng)的所需要的一切信息，廣泛查閱各種與該課題有關(guān)的資料和書 籍，搜索與織物結(jié)構(gòu)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行總結(jié)和消化，吸收和提取有助于解決本 課題或者對(duì)本課題有用的部分。根據(jù)要解決的實(shí)際問題建立自己的數(shù)學(xué)模型，必須 確定是不是所有的有關(guān)的變量都包括進(jìn)去了，還有沒有無用的多余的變量，變量間 的相互關(guān)系是不是正確表達(dá)了，對(duì)其進(jìn)行演算推導(dǎo)確保其理論上可行。在本文中主 要用到t w e i b u l l 分布模型，織物拉伸斷裂的模型。 3 進(jìn)行流程框圖的設(shè)計(jì)，這是復(fù)雜程序的總體設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)n 明。框圖的設(shè)計(jì) 的主要目的就是對(duì)問題進(jìn)行細(xì)化，把復(fù)雜的問題分解成為數(shù)個(gè)單獨(dú)的小問題，這是 結(jié)構(gòu)化編程的前提。在本文中，主要有以下幾個(gè)計(jì)算模塊，它們是w e i b u l l 分布函數(shù) 中參數(shù)的確定模塊、紗線強(qiáng)力值擬合模塊、失效長度計(jì)算模塊、應(yīng)力分配模塊和織 物的拉伸斷裂模塊等幾個(gè)模塊。 4 編制計(jì)算機(jī)模擬程序，由于v b 語言簡單易學(xué)，適用于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的同學(xué)學(xué) i i 第二章程序設(shè)計(jì)的步驟 習(xí)，因此，在本論文中采用了v b 語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。把這一個(gè)過程分成幾個(gè)子過程， 進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)和編程，每一個(gè)過程作為一個(gè)獨(dú)立的小模塊。由于采用了模塊化的 設(shè)計(jì)，通過對(duì)每個(gè)小的部分進(jìn)行編程，即程序的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，然后對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行 串聯(lián)，降低了程序編寫的難度和程序調(diào)試程序的難度，提高了編制程序的效率。 5 計(jì)算機(jī)模擬程序設(shè)計(jì)編寫完畢，并不意味著程序的終結(jié)，要驗(yàn)證程序的準(zhǔn)確 與否，緊接著將對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試，為了使程序中隱藏的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤盡快暴露出來， 就要進(jìn)行程序的調(diào)試工作，這一工作往往是計(jì)算機(jī)模擬方法的主要難點(diǎn)，根據(jù)計(jì)算 機(jī)模擬系統(tǒng)的復(fù)雜程度的不同，將會(huì)遇到不少這樣那樣的問題。程序的調(diào)試，隨機(jī) 抽取一些數(shù)據(jù)，而后通過程序運(yùn)行比較計(jì)算結(jié)果與真實(shí)值之間的差距，看模型建立 的準(zhǔn)確與否和程序編寫的是否準(zhǔn)確。實(shí)踐已經(jīng)證明，任何程序都或多或少存在一些 錯(cuò)誤或不足，只是沒有被發(fā)現(xiàn)而己，如果在投入使用之前，沒有和發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò) 誤，這些錯(cuò)誤在使用的過程中遲早會(huì)暴露出來，那時(shí)候不僅改正這些錯(cuò)誤代價(jià)高而 且往往會(huì)造成很惡劣的后果。 如果模擬系統(tǒng)的輸出結(jié)果可以接受，將研究的結(jié)果進(jìn)一步拓展，以利于對(duì)以后 系統(tǒng)的豐富和發(fā)展n 盯。一個(gè)好的程序不僅要完成特定的功能，而且還要易于擴(kuò)充和 維護(hù)。程序在設(shè)計(jì)完成以后，不能是封閉的，而要是隨著時(shí)間的發(fā)展對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不 斷的豐富和擴(kuò)充，系統(tǒng)的原先的功能可能過于單一，隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展和 新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，用戶可能提出更多的更重要的要求，由于開發(fā)一個(gè)程序要花費(fèi) 巨大的人力、物力和時(shí)間，因此不應(yīng)該拋棄原來的系統(tǒng)，而應(yīng)該對(duì)原先的系統(tǒng)進(jìn)行 擴(kuò)從和修正，以達(dá)到新的要求。 2 - 3 模擬系統(tǒng)的基本流程 由于用計(jì)算機(jī)程序來模擬織物的強(qiáng)力，是不同于用織物強(qiáng)力機(jī)直接來測(cè)試織物 的強(qiáng)力，計(jì)算模擬是一個(gè)全新的過程，是一個(gè)隨機(jī)數(shù)值計(jì)算的過程，在這一課題研 究實(shí)驗(yàn)的過程中，參考和借鑒了其它系統(tǒng)( 花式紗線織物組織計(jì)算機(jī)模擬；緯紗運(yùn) 動(dòng)規(guī)律的計(jì)算機(jī)模擬研究：機(jī)織物機(jī)械物理性能的計(jì)算機(jī)模擬等) 的模擬方法啪矗。 通過對(duì)課題的研究和對(duì)系統(tǒng)的分析，提出了自己的方法和解決問題的步驟。在本課 題中，用計(jì)算機(jī)編制程序來計(jì)算織物的拉伸斷裂強(qiáng)力，主要包括以下幾個(gè)大的過程。 2 3 1 模擬過程的基本流程 1 預(yù)備試驗(yàn)數(shù)據(jù) 程序的運(yùn)行過程，也是一個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)的處理的過程。因此，必須初始化數(shù)據(jù)，所 謂的初始化數(shù)據(jù)，就是初始化與力學(xué)模型相關(guān)的紗線結(jié)構(gòu)和織物結(jié)構(gòu)的參數(shù)，將其 初始化為某種織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 在本文中，主要是想通過紗線的拉伸斷裂強(qiáng)力來模擬計(jì)算織物的拉伸斷裂強(qiáng)力， 1 2 青島人學(xué)碩_ 學(xué)位論文 因此初始化的數(shù)據(jù)主要是紗線的拉伸斷裂強(qiáng)力，以及其它相關(guān)的紗線與織物的結(jié)構(gòu) 參數(shù)。 紗線的拉伸斷裂強(qiáng)力是用紗線強(qiáng)力儀來測(cè)試得到的。從要測(cè)試的織物上，拆下 部分紗線( 要求紗線不能退捻，不能有意外的拉伸) ，用電子紗線強(qiáng)力儀來測(cè)試紗線 的強(qiáng)力值。在本文中選取3 0 根紗線，按照數(shù)學(xué)分析，3 0 根紗線完全可以來表征紗 線的特征，可以準(zhǔn)確的確定出w e i b u l ! 分布模型中的參變量。首先，要確定出w e i b u 1 分布模型中的未知的參量，再次，利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器給織物中的紗線斷裂的概率隨 機(jī)賦值，最后，借助于既定的w e i b u l l 分布模型來為給所有的紗線賦強(qiáng)力值，這樣所 有的紗線的強(qiáng)力值都有一個(gè)隨機(jī)的數(shù)值與之相對(duì)應(yīng)到。所有的紗線都獲得一個(gè)隨 機(jī)的強(qiáng)力值這是用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算的基礎(chǔ)。 在這一隨機(jī)賦值的過程中還包括w e i b u l l 函數(shù)的變換、曲線的擬合和紗線強(qiáng)力值 的轉(zhuǎn)換等過程。 日瞳雹翻翻圈 x ( 1 】= 86 1 7 7 7 3 e0 y 1 ) = 一3d 1 t 7 x 0 ) = 12 2 2 1 t 5r 口：一27 0 7 z o = 1 5 5 5 i “v ( ”= 22 8 4 9 1 s x “】：1 t 3