经编闪避垫纱提花织物的计算机仿真

熊 莹， 缪旭红， 张爱军， 蒋高明， 刘伟峰

(1. 江南大学 针织技术教育部工程研究中心， 江苏 无锡 214122；2. 海安启弘纺织科技有限公司， 江苏 南通 226600)

经编闪避垫纱提花织物的计算机仿真

熊 莹1， 缪旭红1， 张爱军1， 蒋高明1， 刘伟峰2

(1. 江南大学 针织技术教育部工程研究中心， 江苏 无锡 214122；2. 海安启弘纺织科技有限公司， 江苏 南通 226600)

为满足经编闪避垫纱提花织物开发设计阶段预测花纹形状的仿真需求，在研究经编闪避垫纱提花织物的提花原理及外观特征基础上，根据花梳的组织结构对其进行分类；同时，为该经编提花织物建立了通用的穿经、垫纱数码、梳栉意匠图及织物意匠图等数学模型，并对不同类型的经编闪避垫纱提花织物分别进行了数学描述和类型判断，分析了平布类和起绒类经编闪避垫纱提花织物的意匠图矩阵赋值方法。利用 VC++. NET 程序语言作为软件开发工具，结合仿真原理，实现了经编闪避垫纱提花织物的仿真，并以经编闪避垫纱提花绒织物的仿真为例进行验证，结果表明该仿真方法有效。

经编； 闪避垫纱； 提花织物； 仿真； 数学描述

经编闪避垫纱提花织物一般前梳采用经平组织，后梳为满足一定组织条件的提花梳，提花梳的组织部分延展线滑移到织物工艺反面形成小浮线，通过一定的穿经及组织变化，这些小浮线构成非连续、独立的花纹。这种形成花纹的方法，打破了经编上纱线必须纵向连接的局限，可作为一种特殊的设计开发手段，灵活运用于经编平布及经编起绒织物上，在织物工艺反面形成独立、细腻、低调的小花型。经编闪避垫纱提花织物因其创意设计和独特花纹受到越来越多的关注，应用于高档汽车坐垫面料、沙发面料、窗帘面料等。目前，国内外对于闪避垫纱织物的研究主要集中在褶裥提花[1-2]和运用双针床短绒经编织物的产品开发上[3]，并未系统地研究采用闪避垫纱进行提花的方法和特征。由于闪避垫纱提花织物需将穿经、组织变化和梳栉配置相结合，判断提花梳是否满足条件及与前梳的配合情况较复杂，采用目前的纺织CAD软件不能达到该类提花织物设计、仿真的理想效果[4]。本文在分析经编闪避垫纱提花织物形成原理和特征的基础上，建立数学模型对这类织物进行数学表征和仿真判断，并借助计算机程序语言研究该类织物的计算机仿真方法，以达到在经编闪避垫纱提花织物花型设计阶段预测花型效果，提高设计效率，并开拓该类织物新产品研发思路的目的。

1 提花方式及外观特征

经编闪避垫纱提花织物的提花原理：用于闪避垫纱组织的提花梳与前梳满足一定的条件，使提花梳组织的部分或全部横列的延展线滑移到前梳延展线上，形成工艺反面的断续小浮线，并配合穿经循环和纱线原料，形成独立的花纹。这类织物一般在三梳或者四梳高速特里科经编机上织造。闪避垫纱织物的组织不同，形成花纹的特征也不同。闪避垫纱的组织分为二大类：花梳采用衬纬组织，在经平梳后面；花梳采用变化衬纬和经平组织，在经平梳或者起绒梳之后。本文分别讨论2种闪避垫纱织物组织形成花纹的原理和特征。

1.1 用于衬纬组织的花梳

花梳为与前梳经平组织同向的衬纬组织，一般为1把或2把，置于第2把或第3把梳栉的位置。由于衬纬与前梳经平同向，本该处于前梳线圈的主干与延展线之间的衬纬纱不能被成功夹持，在每个横列的转折处衬纬纱发生滑移，滑移到前梳经平的延展线之上并被其阻隔，从而使部分衬纬纱以小纵条的形式显露在工艺反面的最表面，而另一部分衬纬纱被前梳经平的延展线遮盖[5]。若衬纬组织的针背横移针距数为U1，前梳经平组织的针背横移针距数为U2，则衬纬纱被经平延展线压住的根数Y=U1-U2。

这个特征也可由图1所示的垫纱运动图表示，图1(a)示出前梳经平组织1-0/2-3//，花梳衬纬组织为0-0/3-3//；图1(b)示出花梳衬纬组织发生滑移后的延展线状态。

提花梳衬纬组织需结合穿经形成由小纵条形成的花纹，只有1把花梳衬纬时能形成的图形一般是直线、折线等。当有2把花梳时，变化多样，可采用不同的组织形成几何纹和异形图案。一般为更清晰地展现花梳形成的图形，花梳原料大都采用黑色涤纶丝或者阳离子改性涤纶使其与底面颜色区分开来。

1.2 用于变化衬纬和经平组织组合的花梳

一般花梳为1把或者2把，位于前梳与地梳之间，采用变化衬纬和经平相结合的组织，结合空穿，在工艺反面形成由间断小纵条浮线组成的花型[6]。当花梳组织满足一定条件，即花梳某横列为变化衬纬，而在该横列的上下横列均成圈，衬纬延展线与前梳经平延展线同向且长度相同，则该部分衬纬将会在工艺反面滑到前梳延展线上面，以涉及到的2个线圈横列(一般会跨1个横列)间的最短连接线的形式存在。在不需要浮线的部分，采用不满足条件的经平组织隐藏在前梳后面。这种形成花纹的方式常被运用在经编磨绒或起绒织物上，用作汽车坐垫面料。

2把花梳的配合可形成规则或者错置的图形。图2示出一种闪避垫纱提花织物。展示了2把花梳交替穿经，组织互补，由连续的小纵条形成方格，从而在织物表面形成错开的均匀矩形格花纹。

2 提花织物数学模型

采用通用的二维或三维矩阵对经编闪避垫纱提花织物进行数学表征，建立这类织物垫纱数码和穿经数学模型，以及前梳、提花梳意匠图数学模型和经编闪避垫纱提花织物的意匠图数学模型。对不同组织的提花织物进行判断，并分别对意匠矩阵里面的元素进行赋值，将各前梳、花梳和地梳的意匠矩阵复合后得到闪避垫纱提花织物的织物意匠图。

2.1 通用数学模型

2.1.1 穿经数学模型

穿经循环的数学模型[7]用矩阵可表示每把梳栉的穿经方式。

(1)

式中：k=1，2，…，p，p为参加编织梳栉的总数；i=1，2，…，m，m为穿经循环的纵行数；gki的取值为0，a，b，…，其中，0 表示对应的导纱针不穿纱，a，b等字母表示导纱针穿入的纱线颜色代号。

2.1.2 垫纱数码数学模型

垫纱数码模型也可采用常规的数学模型[8]表示。

(2)

式中，j=1，2，…，n，n为1个组织循环的横列数。U(k，j)=lj+1,1-lj,2=L(k，j+1，1)-L(k，j，2)，用于表示第k把梳栉第j横列针背横移针距数，可用来判断、计算延展线的方向及长度。若U(k，j)>0，则第k把梳栉在第j横列进行由右向左的针背横移；若U(k，j)<0，则第k把梳栉在第j横列进行由左向右的针背横移。|U(k，j)|即延展线的长度。

2.1.3 前梳与提花梳意匠图矩阵

前梳为经平梳或绒梳，经平梳的意匠图与花梳意匠图类似，用1个三维矩阵绒梳意匠图Qk表示，表达方式与以下花梳矩阵一致。而若前梳为绒梳，则前梳的意匠矩阵表示1个花纹循环中绒梳线圈绒毛状况，用1个三维矩阵Rk来表示。ri,j=R(k，i，j)，表示第k把绒梳在第j横列第i纵行的线圈处的绒毛状态[9]。ri,j=0，±a，±b，…，0表示当前线圈点没有绒毛，a，b，…，分别表示该线圈点有绒毛以及绒毛的颜色代号，+表示绒毛向左边倾斜，-表示绒毛向右边倾斜。

花梳意匠图用来表示1个花纹循环的花梳线圈状况，用1个三维矩阵Hk表示。

(3)

式中，hi,j=H(k，i，j)，表示第k把花梳在第j横列第i纵行的线圈状态。hi,j=0，±a，±b，…，0表示当前线圈处无花梳线圈，a，b…表示当前线圈处有线圈以及线圈的颜色代号，+表示开口线圈，-表示闭口线圈。

2.1.4 织物意匠图矩阵

织物意匠图表示1个花纹循环中织物整体的线圈状况，用1个二维矩阵Emn来表示。Emn由所有前梳意匠图和花梳意匠图矩阵复合而成。由于前梳存在经平梳和绒梳2种情况，在判断类型后，Emn需分别表示。

(4)

k=1，2，…，p

2.2 织物意匠矩阵赋值

根据经编织物的垫纱数码和穿经数学模型，利用相关的数学条件对不同类型经编闪避垫纱提花织物类型进行判断，并分别对平布织物和起绒织物的织物意匠图进行赋值。重点是判断从提花梳组织滑移到前梳延展线上的浮线的位置和长度等信息。

2.2.1 闪避垫纱提花织物类型的判断

设定前梳为kA，花梳为kB，其中kA有2种，采用经平组织的为kA1，用于为起绒的前梳为kA2，花梳有2种，采用衬纬组织的花梳为kB1，采用变化衬纬组织与经平相结合的花梳为kB2。

1)判断提花梳采用衬纬组织的提花织物。

(5)

式(5)表示当花梳所在的第j横列和第j+1横列均为衬纬，且花梳延展线与前梳延展线的方向相同时，满足衬纬组织闪避垫纱提花条件，第j横列和第j+1横列的衬纬延展线会部分滑移到前梳延展线之上。在前梳延展线上画连接线的具体方法如下：

若前梳U(kA，j)﹥0，即第k把梳第j横列的延展线由右向左，则在第j横列，由lj,1+1到lj,2+1位置画线段，在第j+1横列，由lj+U(k， j)，1-1到lj+U(k， j)，2-1画线段。而在前梳延展线之后，需由lj,2+1到lj+U(k， j)，1-1画线段。

若前梳U(kA，j)<0，即第k把梳第j横列的延展线由左向右，则在第j横列，由lj,1-1到lj,2-1画线段，在第j+1横列，由lj+U(k， j)，1+1到lj+U(k， j)，2+1画线段。而在前梳延展线之后，需由lj,2-1到lj+U(k， j)，1+1画线段。

2)判断花梳采用变化衬纬和经平组织的提花织物。

(6)

式(6)表示当第j横列花梳延展线与前梳延展线长度相同且同向，第j横列与j+x横列成圈，其中x=2，3，4，即有可能是第j+2或j+3或j+4横列成圈，第j+1横列不垫纱，则在织物工艺方面，会显现由第j横列线圈与第j+x横列线圈之间的连接线，连接线的颜色为花梳意匠图的赋值。若x的数值超过4，则在绒面上的浮线将会过长，影响美观和织物使用性能。

对花梳意匠图赋值后，根据下列条件进行判断，并在前梳意匠图上画连接线。

当(lj,2-lj,1)×(lj+1，1-lj,2)≥0，第j横列线圈为开口线圈，即hi,j>0，从lj,2到lj+x，1画线段表示该连接线；

当(lj,2-lj,1)×(lj+1，1-lj,2)<0，第j横列线圈为闭口线圈，即hi,j<0，从lj,1到lj+x，1画线段表示该连接线。

2.2.2 平布织物意匠矩阵的赋值

在平布织物上进行闪避垫纱提花，即前梳采用经平组织。从第1把经平梳开始依次对每把梳进行判断和意匠图矩阵赋值。先根据穿经矩阵对前梳意匠图矩阵第1横列的元素赋值，得到线圈颜色信息，其他横列的线圈颜色信息根据穿经矩阵和垫纱组织进一步判断及赋值，得到下式：

(7)

根据意匠图中的线圈信息，判断每个横列延展线情况，并在仿真时画出前梳延展线。延展线的表示方法为一条线段，按照已知2点坐标画直线的方式来进行绘制。

当qi,j>0，即第j横列线圈为开口线圈，从lj,2到lj+1，1画线段表示该延展线；

当qi,j<0，即第j横列线圈为闭口线圈，从lj,1到lj+1，1画线段表示该延展线[10]。

在前梳延展线的基础上复合上花梳的延展线，得到织物的意匠矩阵赋值。

2.2.3 起绒织物意匠矩阵的赋值

对于前梳采用起绒组织，花梳采用变化衬纬与经平组织的闪避垫纱提花织物而言，除判断花梳在前梳上的延展线状态，还需判断花梳延展线到前梳延展线上面后，对于绒梳延展线起绒的影响。具体分为以下几种情况讨论。

1)当滑移后为短浮线时，其延展线涉及的范围是第j横列到第j+2横列，第i纵行和第i+1纵行之间，压住绒梳延展线使其不起绒的情况如图3所示。图中粗线表示滑移后的延展线，虚线表示被压住不起绒的延展线部分。

若绒梳U(kA2，j)﹥0，即第k把绒梳第j横列的延展线由右向左，则ri+1,j+1=0；

若绒梳U(kA2，j)<0，即第k把绒梳第j横列的延展线由左向右，则ri-1,j+1=0。

2)当滑移后为斜浮线时的示意图，如图4所示。这不会影响绒梳延展线的起绒情况。

3)当滑移后为长浮线时，其延展线涉及范围为j～j+4横列，i～i+1纵行之间，压住绒梳延展线使其不起绒的情况如图5所示。

若绒梳U(kA2，j)>0，则ri+1,j+1=ri+1,j+3=0；同理，若绒梳U(kA2，j)<0，则ri-1, j+1=ri-1, j+3=0。

复合时，绒梳意匠图在本身基础上，结合上述讨论的花梳对绒梳的影响，形成最终的织物意匠图，同时在仿真时将花梳上滑移后的延展线显示于绒梳上面。

3 仿真实现

3.1 仿真原理

对经编闪避垫纱提花织物仿真时，将其看作具有2个层次，第1个层次为经平或者绒梳，第2个层次为提花梳。在判断每个层次的类型之后，就可根据经编闪避垫纱提花织物的组织结构工艺参数及上述意匠图赋值方法对前梳、花梳意匠图分别赋值，赋值包括各延展线的颜色、形态等信息。再根据闪避垫纱提花原理，判断花梳延展线在织物工艺反面的延展线状态并画上相对应的延展线线段。对于闪避垫纱起绒织物，再按照花梳延展线对绒梳的影响对各层次的意匠值进行一定的判断和调整，完成织物的意匠图赋值。运用计算机VC++. NET 程序语言作为软件开发工具进行编程，实现经编闪避垫纱提花织物的仿真[11]。

绘制花梳在工艺反面形成的线段时，需首先创建一个画笔。其中画笔的样式nPenStyle选择PS_SOLID，画笔宽度nWidth根据纱线的直径d来确定，画笔颜色crColor与当前线圈的纱线颜色一致，即与hij的值一致。

画线语句为BOOL LineTo(intx, inty)。

3.2 仿真举例

以一个由2把花梳形成间断纵条的经编闪避垫纱绒织物进行仿真试验。

该织物基本参数是花高12横列，花宽6纵行，在E28四梳特里科经编机上织造，再经起绒机起绒整理。成品横密为15纵行/cm，纵密为23横列/cm。

首先在系统中输入织物的垫纱数码、穿经信息和原料信息，如表1所示。再根据意匠图赋值方法及起绒织物绒毛的二维几何模型[12]对其进行仿真。

表1 织物的工艺参数表Tab.1 Fabric process parameters

注：A表示83.3 dtex/144 F，涤纶DTY；B表示83.3 dtex/72 F，黑色涤纶FDY；C表示55.6 dtex/24 F，涤纶FDY； *表示空穿。

3.3 仿真效果

图6示出经编闪避垫纱提花绒织物的实物图和仿真图对比情况。图6(a)为被选中织物的实物图，图6(b)为采用绒毛模型及上述仿真方法得到的仿真整体图。普通仿真方法还不能仿真此类特殊组织，所有花梳的延展线都隐藏在绒毛之后。

由图6可看出采用本文研究的仿真方法能得到与实物花纹形状较接近的仿真图，特别是能反映花梳滑移到绒面上来的短浮线与绒毛的位置关系。

4 结 论

1)对经编闪避垫纱提花织物的提花方式和特点进行了描述，并根据组织结构和提花方式不同将其分为花梳采用衬纬组织的提花织物和花梳采用变化衬纬和经平结合的提花织物。

2)采用数学矩阵表征了这类经编提花织物，其中每个矩阵元素对应织物的1个线圈点，包含前梳和花梳的线圈信息。提出了判断经编闪避垫纱提花织物意匠矩阵赋值的计算方法，包括平布提花织物和闪避垫纱起绒提花织物的织物意匠图赋值方法。

3)根据经编提花起绒织物意匠矩阵的赋值，采用 VC++. NET 程序语言实现了经编闪避垫纱提花织物的仿真。通过将经编闪避垫纱提花起绒织物仿真图与实际织物图进行比对和分析，验证了该仿真方法的可实现性及有效性。

FZXB

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Computer simulation of warp knitted dodge lap jacquard fabric

XIONG Ying1, MIAO Xuhong1, ZHANG Aijun1, JIANG Gaoming1, LIU Weifeng2

(1.EngineeringResearchCenterforKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.HaianQihongTextileTechnologyCo.,Ltd.,Nantong,Jiangsu226600,China)

To meet the simulation need of warp knitted dodge lap jacquard fabric for forecasting pattern shape in the stage of development design, some researches are made. On the basic research of jacquard method and appearance features of warp knitted dodge lap fabric, general mathematics models like drawing-in, lapping, guide bar pattern grid and fabric pattern grid for the fabric were established according to different structures. Then, different types of warp knitted dodge lap jacquard fabric were subjected to mathematics description and judge, respectively, jacquard graph matrix assigned value methods of warp knitted dodge lap plain fabric and brushed fabric were analyzed. Combining the jacquard graph matrix assigned value, VC++. NET programming language was implemented as a software development tool to realize the simulation of warp knitted dodge lap jacquard fabric. Finally, a warp knitted dodge lap jacquard pile fabric was used as an example to verify the availability of the simulation.

warp knitted; dodge lap; jacquard fabric; simulation; mathematical description

10.13475/j.fzxb.20151203006

2015-12-31

2016-09-02

国家自然科学基金项目(61602212); 江苏省产学研联合创新资金-前瞻性联合研究项目(BY2016022-35)

熊莹(1991—)，女，硕士生。主要研究方向为针织物CAD研究及针织产品开发。缪旭红，通信作者，E-mail：miaoxuhong@163.com。

TS 186.1

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