用于模拟针织织物在纱线层处的行为的计算机实施方法、系统和计算机程序产品技术方案

用于模拟针织织物在纱线层处的行为的计算机实施方法、系统和计算机程序产品。该方法包括：获取针织织物的结构信息；利用位于一对线圈(2)之间的两个针脚接触部(5)的端部处的四个接触节点(4)表示每个针脚，每个接触节点(4)被通过三维位置坐标(x)和表示相互接触的两条纱线的弧长的两个滑动坐标(u，v)进行描述；基于力模型测量每个接触节点(4)上的力，该力模型包括用以捕获针脚处的纱线的相互作用的缠绕力；在多个时间段处，利用被利用拉格朗日—欧拉方程推导出的运动方程计算每个接触节点(4)的运动，并且将该运动对于时间进行数值积分，其中，运动方程考虑到了沿纱线均匀分布的质量密度以及测量到的力和边界条件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于模拟针织织物在纱线层处的行为的计算机实施方法、系统和计算机程序产品
本专利技术涉及模拟针织布在纱线层(niveldehilo)处的行为(comportamie-nto)的领域。
技术介绍
针织布由下列纱线制成，这些纱线被以规则的图案缝制而成，并且其宏观行为取决于这种纱线之间的接触作用。与通过使纱线(被称之为经纱和纬纱的两组正交的纱线)交错而被保持在一起的编织织物相比，针织织物通过缝制纱线而被保持在一起。大多数的衣服由(或者是针织的或者是编织的)纱线结构制成，并且布的宏观行为取决于在纱线层处发生的力学相互作用。然而，计算机制图中的大多数的布模拟模型忽略了这种纱线结构的关联性，将布面表示为任意网格，并且通过使连续弹性模型离散化[Etzmuss等人，2003]或使用离散的弹性元件[Breen等人，1994；Provot，1995]来计算内部弹力。针织织物和编织织物的纱线层模型具有很长的历史。在1937年，Peirce[Peirce，1937]提议了一种几何模型以表示编织织物中的纱线的交叉。纱线层模型已经被在纺织品研究领域中进行了详尽的研究，起初使用分析纱线模型[Hearle等人，1969]来预测织物在具体变形模式下的力学行为[Peirce，1937；Kawabata等人，1973]。随后，纺织品研究依赖于连续模型以便模拟大多数的纱线变形模式和复杂的纱线-纱线接触作用[Ng等人，1998；Page和Wang，2000；Duan等人，2006]。已经利用多种技术来降低纱线层连续模型的大计算负担，例如使用仅在需要时求助于昂贵的纱线层力学的多尺度模型[Nadler等人，2006]或通过诸如梁、桁架和膜之类的较为简单的元件替代复杂的容积纱线[Reese，2003；Mc-Glockton等人，2003]。与编织织物相比，针织织物已经由于具有导致了更为复杂的纱线接触作用的较高的几何复杂度而受到较少的关注。柔性条带通常被用于有效地表示针织纱线，如由[Remion等人，1999]所介绍的那样。柔性条带同样已被用于以纯几何的方式逼近编织织物(例如，参见[Renkens和Kyosev，2011；Jiang和Chen，2005])，其有时被以多尺度的方式与薄片模型相结合[Nocent等人，2001]。通常，纱线层模型利用专用力模型来捕获大多数的相关变形和纱线相互作用，这些专用力模型例如为用以捕获交叉点处的截面变形和破裂(ruptura)的柔性交叉弹簧[King等人，2005；Xia和Nadler，2011]、在纱线之间产生接触力以便在破裂处捕获接结(atascamiento)的支撑(apuntalamiento)元件[King等人，2005]、或用以捕获纱线滑移的滑移速度[Parsons等人，2013]。结果，这些模型能够实现模拟织物的实际宏观行为。然而，纺织品研究中的纱线层模型聚焦于通常处于受控试验中的织物的小部分，且无法模拟处于自由运动中的整个衣服，也无法模拟单纱塑性效应，例如撕裂(desgarre)、磨损(deshilado)和滑脱(desorebdunuebti)。近年来，克服了这些缺点的纱线层模型已经在计算机制图的领域中出现。[Kaldor等人，2008]的开创性工作是第一种方法，其能够在可追溯的(tractable)时间内在纱线层处模拟整个衣服(从宽大的围巾和护腿到大毛衣)的。聚焦于织物，他们利用不可伸长的杆将各个纱线的力学模型化，并且通过刚性惩罚力(fuerzasdecastigo)和滤速摩擦(friccionconfiltrodevelocidad)来计算纱线-纱线接触，从而允许他们通过基础纱线力学来预测整个衣服的宏观行为。该方法的执行后来在[Kaldor等人，2010]中通过在任何可能的时候重新使用线性化的接触信息、利用惩罚力的局部旋转线性化加速纱线-纱线接触处理而得到改进。另一方面，用以形成具有许多针织图案的做好模拟准备的纱线层模型的几何方法在[Yuksel等人，2012]中予以公开。最近，[Cirio等人，2014]通过采用不同的方法，假定纱线-纱线的接触在时间上、甚至是在发生适度大的塑性变形的情况下也是持久的，而聚焦于编织布。该假定避免需要昂贵的纱线-纱线碰撞检测和接触处理，由此极大地降低了模拟成本。在该文献中，织物中的每条纱线均被模拟成杆，从而在纱线交叉处引入附加滑动自由度，以允许纱线沿彼此滑动并且由此产生复杂的塑性效应，例如撕裂、磨损、破裂和边缘滑脱。其它纱线层模型(主要为几何和分析模型)同样假定了持久的接触，但它们并未结合滑动坐标。在[Sueda等人，2011]中，介绍了一种拉格朗日力学的通用公式以便通过广义坐标的最佳集合有效地模拟高度约束杆的动力学，这些广义坐标将绝对运动与节点上的滑动限制相结合。由[Cirio等人，2014]设计的持久接触的模型构成了Sueda的基本结构在处于滑动接触中的两个杆的示例中的应用。聚焦于对于针织布的模拟，已经提及的文献[Kaldor等人，2008]提议了一种替代方法，其利用杆模型来描述各条纱线，并且解析了纱线之间的接触作用。基于纱线的模型能够实现模拟复杂的小尺度效应，例如纱线-纱线摩擦和滑动、撕裂、磨损、边缘滑脱或复杂破裂。[Kalor等人，2008]还示出了，利用基于纱线的模型，衣服的宏观非线性力学通过纱线层结构效应的聚集自然产生。但该方法受阻于下列主要难题：对于所有的纱线接触部进行高效而耐用的检测和解析。本专利技术提议了一种利用了与滑移纱线的持久接触的针织布的表示。基于持久接触进行的离散化在以前已经被用于编织布，但将该离散化应用于针织布则并非是极为微不足道的。纱线在编织布和针织布中的布置结构中存在基本结构差异，这些基本结构差异产生了不同的纱线间接触力学以及不同的纱线层变形模式。对于编织布而言，这种持久接触部的放置以及由此织物的离散化可被自然地通过编织结构推断出。另一方面，对于针织布而言，在保持该针织结构的所有重要的自由度的同时利用持久的接触来对针织纱线的有效离散化进行设计并不简单。限定捕获针织布的宏观行为的纱线层力模型也并非微不足道的。利用本专利技术中所使用的针织布的具体表示，解决了上述问题，从而获得了耐用、快速而高效的模拟，并且同样能够模拟密集得多的织物。参考文献BREEN,D.E.、HOUSE,D.H.和WOZNY,M.J.，1994。利用相互作用颗粒预测由编织布构成的帷帘(Predictingthedrapeofwovenclothusinginteractingparticles)。在有关计算机制图和交互技术的第21次年会的会议记录中，美国纽约州纽约市的美国计算机协会(ACM)计算机图形学专业组(SIGGRAPH)，1994年365–372。CIRIO,G.、LOPEZ-MORENO,J.、MIRAUT,D.和OTADUY,M.A.，2014。编织布的纱线层模拟(Yarn-levelsimulationofwovencloth)。美国计算机学会图形学报(ACMTrans.Graph.)33，6(11月)，207:1–207:11。DEJOYA,J.、NARAIN,R.、O’BRIEN,J.、SAMII,A.和ZORDAN,V.。伯克利服装图书馆(B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于模拟针织织物在纱线层处的行为的计算机实施方法，所述方法包括：‑获取由正针和/或反针构成的针织织物的结构信息，所述结构信息至少包括所述针织织物的布置，所述布置包括横列方向和纵行方向上的针脚的密度以及每个针脚的类型；‑在多个时间段处施加边界条件；‑利用四个接触节点(4)表示每个正针或反针，所述接触节点(4)位于一对线圈(2)之间的两个针脚接触部(5)的端部处，其中，每个接触节点(4)被通过三维位置坐标(x)和两个滑动坐标(u，v)进行描述，所述三维位置坐标表示所述接触节点(4)的位置，所述两个滑动坐标表示相互接触的两条纱线的弧长；‑基于力模型测量每个接触节点(4)上的力，所述力被关于所述接触节点(4)的所述三维位置坐标(x)和所述滑动坐标(u，v)进行测量，并且所述力模型至少包括用以捕获针脚处的纱线的相互作用的缠绕力；‑在多个时间段处，利用被利用拉格朗日—欧拉方程推导出的运动方程计算每个接触节点(4)的运动，并且将所述运动对于时间进行数值积分，其中，所述运动方程考虑到了沿纱线均匀分布的质量密度以及测量到的力和所述边界条件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.15 ES P2015310381.一种用于模拟针织织物在纱线层处的行为的计算机实施方法，所述方法包括：-获取由正针和/或反针构成的针织织物的结构信息，所述结构信息至少包括所述针织织物的布置，所述布置包括横列方向和纵行方向上的针脚的密度以及每个针脚的类型；-在多个时间段处施加边界条件；-利用四个接触节点(4)表示每个正针或反针，所述接触节点(4)位于一对线圈(2)之间的两个针脚接触部(5)的端部处，其中，每个接触节点(4)被通过三维位置坐标(x)和两个滑动坐标(u，v)进行描述，所述三维位置坐标表示所述接触节点(4)的位置，所述两个滑动坐标表示相互接触的两条纱线的弧长；-基于力模型测量每个接触节点(4)上的力，所述力被关于所述接触节点(4)的所述三维位置坐标(x)和所述滑动坐标(u，v)进行测量，并且所述力模型至少包括用以捕获针脚处的纱线的相互作用的缠绕力；-在多个时间段处，利用被利用拉格朗日—欧拉方程推导出的运动方程计算每个接触节点(4)的运动，并且将所述运动对于时间进行数值积分，其中，所述运动方程考虑到了沿纱线均匀分布的质量密度以及测量到的力和所述边界条件。2.根据权利要求1所述的计算机实施方法，其中，所述针织织物的所述结构信息还包括下列中的至少任一个：-所述纱线的密度；-纱线半径；-用于在所述针织织物中使用的不同纱线类型的力学参数，所述力学参数包括下列中的至少任一个：·弯曲模量(B)，·弹性模量(Y)，·针脚缠绕刚度(kw)，·滑动摩擦系数(μ)，·阻尼质量比，·阻尼刚度比。3.根据前述权利要求中的任一项所述的计算机实施方法，其中，获取到的所述针织织物的所述结构信息包括所述针脚缠绕刚度(kw)，并且每个针脚接触部(5)处的所述缠绕力包括弹性势能V的根据下列等式的计算结果：式中，ψ是缠绕角，ψ0是静止角，而L是所述针脚接触部(5)的静止长度。4.根据前述权利要求中的任一项所述的计算机实施方法，其中，获取到的所述针织织物的所述结构信息包括所述纱线的所述弯曲模量(B)，并且所述力模型包括弯曲力，所述弯曲力使用了两个连...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·奇里奥，M·A·奥塔杜伊特里斯坦，J·洛佩斯莫雷诺，
申请(专利权)人：胡安卡洛斯国王大学，
类型：发明
国别省市：西班牙,ES