Використання комп’ютерних засобів у прогнозуванні властивостей трикотажу

Abstract

Попри значні досягнення у сфері моделювання структури текстильних матеріалів, задача забезпечення можливості застосування програмно-аналітичних комплексів для прогнозування властивостей трикотажу ускладнюється великою кількістю невирішених питань, серед яких відсутність стандартизованих методик досліджень у сфері 3D моделювання та симуляції фізичних процесів у текстильних матеріалах, способів верифікації моделей, відсутність баз даних фізико-механічних властивостей текстильних матеріалів. У ході роботи проаналізовано сучасні підходи до створення моделей структури трикотажу та вимоги до таких моделей з точки зору можливості їх подальшого використання у віртуальних експериментах. Розроблено загальну схему прогнозування властивостей трикотажу з використанням тривимірних геометричних моделей його структури. Сформульовано та запропоновано дотримуватись таких п’яти принципів моделювання структури трикотажу як: принцип виробничої доцільності, принцип параметризації, принцип декомпозиції, принцип реалістичності та принцип раціонального використання інформаційних ресурсів. Для реалізації принципу раціонального використання інформаційних ресурсів розроблено алгоритм дворівневого проєктування з використанням моделей мезо- та макрорівнів. Відомо, що дослідження властивостей трикотажу за допомогою його тривимірних геометричних моделей не завжди потребують деталізації на рівні ниток. Текстильні полотна відносяться до гетерогенних систем. Дворівневе проєктування передбачає необхідність використання моделей з деталізацією на рівні ниток (моделей мезорівня) на початковому етапі для виокремлення елементарного структурного фрагменту, за допомогою якого можуть бути розраховані гомогенізовані фізичні характеристики. На наступному етапі трикотажне полотно або виріб подається у систему проєктування у вигляді макромоделей, як оболонка заданої товщини, фізико-механічні характеристики якої приймаються з розрахунку попереднього етапу.

The paper presents the results of analysis of scientific research and publications in the field of development of three-dimensional geometric models of knitted structures, current issues of designing knitwear with given properties, the capabilities of modern computer tools. Despite significant advances in 3D modeling of textile materials, the challenge of providing the possibility of using simulation software to predict the properties of knitwear is complicated because of a large number of unresolved issues, including the lack of standardized research methods in 3D modeling and simulation of physical processes in textile materials, verification methods, lack of databases of physical and mechanical properties of textile materials, etc. Modern approaches to the creation of models of knitted structures are being explored as well as the requirements to such models from the point of view of the possibility of their further use in virtual experiments. A general diagram for predicting the knitwear properties by means of three-dimensional geometric modeling has been developed. The following five principles of three-dimensional geometric modeling of the knitted structures are suggested as follows: the principle of production feasibility, the principle of parameterization, the principle of decomposition, the principle of realism, and the principle of rational use of information resources. To implement the latter principle, a two-level design algorithm using meso- and macro-level models have been developed. As is known, the study of the properties of knitwear using its three-dimensional geometric models may not always require the use of yarn level models. Textile fabrics belong to heterogeneous systems. Two-level design presupposes the need to use the yarn level models (Meso level models) at the initial stage to explore the elementary structural fragment, which can be used to calculate homogenized physical characteristics. At the next stage, the model of the knitted fabric or product is transmitted into the design system under the form of macro models, as a shell of a given thickness, the physical and mechanical characteristics of which are taken from the calculation of the previous stage.