纬编两面提花针织物的仿真结构模型

梁佳璐 丛洪莲

摘要： 纬编两面提花针织物正反两面均可提花，花型效果丰富，组织结构多变，但编织效果难以预测，设计打样难度高。文章首先分析纬编两面提花针织物的结构特征，接着开发成圈结构和浮线结构两面提花织物来分析线圈结构;定义及测量描述线圈相对位置的质和线圈几何结构的型值点，通过关系式确定不同线圈质点变形系数和型值点变形系数。以织物线圈为研究对象，基于实验测量的仿真结构模型真实地描述了织物线圈结构，通过建立织物参数与线圈结构的相关关系，为织物的仿真结构模型的快速建立提供了支持。最终，建立以横密、纵密、正反线圈比为参数的仿真结构模型。

关键词： 纬编;两面提花;仿真;结构模型;线圈变形

中图分类号： TS184.4

文献标志码： A

文章编号： 1001-7003（2020）11-0035-06

引用页码： 111106

Abstract： The weft-knitted two-side jacquard fabric can be jacquard on both sides. The pattern effect is rich and the weave structure is variable. However， the knitting effect is difficult to predict and the design and sample making are difficult. Firstly， the structural characteristics of the weft-knitted two-side jacquard fabric were analyzed. Then， two-side jacquard fabrics of the looping structure and the missing structure were designed to analyze the loop structure. Defining and measuring mass points that describe the loop relative position and date points that describe the loop geometry structure. Meanwhile， data points of loop geometry structure were described. The deformation coefficient of mass points and deformation coefficient of data points of different loops were determined by the relational expression. The fabric loop was chosen as the research object. The simulation structure model based on the experimental measurement described the fabric loop structure truly. The support was provided for the rapid establishment of the fabric simulation structure model by establishing the correlation between the fabric parameters and the loop structure. Finally， a simulation structure model with the parameters of cpi， wpi and front & back loop ratio was established.

Key words： weft knitting; two-side jacquard; simulation; structure model; loop deformation

緯编两面提花针织物是指按花纹要求在针筒织针或针盘织针上选针编织成圈，未被选中的织针浮线编织，形成的一种花色织物，具有组织结构复杂，花型变化丰富，发展前景良好的优势，也具有编织效果预测不良，设计开发难度较大的缺点。对纬编两面提花针织物进行仿真结构模型的建立可以真实形象地模拟针织物整体风格，可以为该织物的新品开发、工艺原理、性能研究提供理论支持[1]。

对织物进行模拟仿真的研究中，以线圈为主要研究对象，主要分为对单个线圈结构的研究和对多个线圈结构的研究。在对单个线圈结构的研究中，以纬编Pierce经典模型为基础，通过对纬编针织物的基本线圈单元进行几何结构分析，利用三角函数构建线圈曲线段的数学模型，再将其组合拟合线圈屈曲形态[2];在三维Pierce线圈模型基础上，引入B样条及椭圆描述线圈，弧段用椭圆描述，圈柱用三次B样条曲线模拟，从而建立三维几何线圈模型[3];通过织物结构参数及插入三次B样条曲线建立纬编织物的三维几何模型[4-5];通过使用NURBS曲线的可控性建立了纬编单面提花织物的线圈几何结构模型[6];根据针织物实际线圈结构特点，确定了线圈模型形态的型值点，通过反算法求取3次非均匀有理B样条曲线控制点，构建线圈纱线中心线模型[7-8]。在对多个线圈结构的研究中，通过使用显微镜拍摄并测量不同线圈单元的结构参数，总结出不同线圈结构对织物形态的影响规律，在质点模型的基础上建立了线圈的几何结构模型[9-10];在研究织物结构特征的基础上，通过测量分析各控制点的坐标位置，在成圈模型的基础上得出织物线圈变形的规律，如纬编仿蕾丝织物[11]、反面为纵条纹和芝麻点的纬编均匀提花针织物[12];测量真实线圈的变形量，通过反算得出质点位移量，再通过Velocity Verlet数值积分方法得出所有质点位移量，从而得出线圈变形[13-14]。综上可以发现，织物的模拟仿真都是从织物线圈的几何结构入手研究，且纬编两面提花针织物结构复杂，相关的模拟仿真研究较少。因此，在织物线圈几何结构的基础上进行纬编两面提花针织物的仿真结构研究具有重要意义。

纬编两面提花针织物按照生产设备分为圆型纬编针织物和平型纬编针织物两种类型，平型纬编机机构复杂，编织线圈类型多样，纬编针织物容易实现两面提花编织;圆型纬编机机构简单，编织线圈种类有限，针织物不容易实现两面提花编织。按照编织方法根据是否单独采用一路连接纱仅连接织物正反两面分为两种类型，单独采用一路连接纱连接织物正反两面工艺简单，表面平整，正反两面花型独立性高;不单独采用一路连接纱连接织物正反两面工艺复杂，立体感强，正反两面花型具有相关性。

本文的研究对象是圆型纬编两面提花针织物，且不单独采用一路连接纱连接织物正反两面;织物组织结构较为简单，即在织物一面成圈浮线共同编织，另一面固定全成圈编织。本文首先研究纬编两面提花针织物的表面二维形态结构特征;设计相应的成圈结构织物和浮线结构织物研究织物线圈结构;以线圈根部作为质点确定线圈的相对位置，进行线圈质点坐标测量;以8个型值点确定线圈的几何结构，进行线圈型值点坐标测量;通过关系式确定不同线圈质点变形系数和型值点变形系数，实现纬编两面提花针织物仿真结构模型的建立。

1 结构特征

1.1 织物结构特征

根据织物正反两面花型特点，将纬编两面提花针织物分为纬编两面相似花纹提花针织物和纬编两面独立花纹提花针织物两种类型。

纬编两面相似花纹提花针织物正反两面花型轮廓相同，在织物两面相对的花型部位呈现不同的提花效果，如图1所示。图1（a）是织物正面结构图，图1（b）图是织物反面结构图，可以看出织物正反两面的花型轮廓都是四叶草形状。

纬编两面独立花纹提花针织物的正反两面具有不同的提花效应，仅依靠连接点连接织物的正反两面，如图2所示。图2（a）是织物正面结构图，表面呈现大花朵的提花效果;图2（b）是织物反面结构图，呈现出花叶交织的花纹效果，织物两面的花型效果不同。

1.2 线圈结构特征

线圈是纬编两面提花针织物的基本组成部分，且织物两面均显示成圈线圈，在上机提花编织的过程中，选中的织针进行成圈编织，形成未变形的线圈;未被选中的织针会进行浮线动作，该位置形成浮线，引起结构形变，导致织物中相邻线圈受力发生变化，形成变形线圈。

织物中成圈結构实物如图3所示。织物正反两面线圈大小相似、排列均匀，织物中不存在变形线圈。

单针三列浮线结构织物实物如图4所示，上一路编织的线圈纵向拉伸形成拉长线圈2，拉长线圈下机后发生回缩，引起上下相邻纵行线圈1和3发生纵向靠近拉长线圈的变形。从图4可以看出，拉长线圈正反两面左右相邻纵行线圈排列整齐，因此可忽略此处浮线结构引起的变形。在浮线结构织物中，研究的线圈变形主要是拉长线圈及其上下相邻的线圈。

2 前期准备

2.1 测试原理

成圈结构织物基本线圈排列整齐，通过对织物基本线圈的圈距、圈高参数测量，进而确定织物基本线圈质点的相对位置。在实际应用中，织物基本线圈圈距和圈高测量需要借助精密的仪器进行，可以采用织物横密和织物纵密来近似表示织物的圈距和圈高参数，以此提高线圈圈距圈高参数测量的便捷性。织物基本线圈横密PA和圈距W的关系式如式（1）所示，织物基本线圈纵密PB和圈高H的关系如式（2）所示：

式中：PA为织物基本线圈横密，个纵行/5 cm;W为基本线圈圈距，mm;PB为织物基本线圈纵密，个横列/5 cm;H为基本线圈圈高，mm。

将浮线结构织物每个需要测量的线圈根部作为线圈的质点，代表织物线圈所在位置，将线圈简化，研究织物线圈变形状态下的位置关系，从而确定织物线圈的相对位置。由于浮线结构织物研究的变形线圈的位置和数量不同，采用统一的关系式来表示织物变形线圈质点坐标，以此提高模型的科学性和适用性。以浮线结构织物拉长线圈的质点P（x，y）原点，分别引入系数a和b表示变形线圈质点横、纵坐标值与对应织物基本线圈的圈距W、圈高H的比值，均可以通过关系式和织物线圈实测数据反算求出。采用式（3）（4）来分别表示织物不同变形线圈的质点P（x，y），关系式仅适用于变形线圈：

P（x，y）.x=-W（1-a）拉长线圈左相邻纵行-Wa拉长线圈纵行W（1-a）拉长线圈右相邻纵行（3）

织物实际线圈测量的8个点是型值点Pn（x，y），n=1、2、3、4、5、6、7、8，以此描述线圈不同型值点的坐标位置，从而建立线圈的几何结构，分别定义8个型值点横、纵坐标值与对应织物基本线圈的圈距W、圈高H的比值为cn和dn，n=1、2、3、4、5、6、7、8。同一个线圈质点坐标和8个型值点坐标之间存在式（5）（6）所示的关系：

式中：cn为织物线圈型值点横向变形系数，-1≤cn≤1;dn为织物线圈型值点纵向变形系数，-m≤dn≤m。

2.2 测试方法

对纬编线圈进行受力分析，纬编线圈的针编弧和沉降弧与上下左右相邻纵行线圈接触并受力，因此将线圈型值点的分布主要位于两个弧段位置可以表示线圈的结构特征。将研究的线圈根部作为原点，线圈圈距方向作为X轴，线圈圈高方向作为Y轴，沿顺时针方向定义型值点编号，将线圈沉降弧和上一横列线圈重合的水平方向较宽的两个点定义为P1、P8，将线圈根部两侧纱线中心点定义为P2、P7，将线圈针编弧和下一横列线圈重合的水平方向较宽的两个点定义为P3、P6，将线圈针编弧和下一横列线圈重合的水平方向较窄的两个点定义为P4、P5。从而确定纬编织物线圈8个型值点的位置分别为P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8，依次测量各个型值点的坐标，确定变形线圈的几何结构，如图5所示。

由于提花织物的正反两面均显示成圈线圈，且线圈大小相近，尺寸变化不明显，因此采用无锡微迪光学公司的Dino-lite手持式数码显微镜对织物不同线圈结构进行拍照，然后使用DinoCapture 2.0软件对拍摄的照片进行相关线圈参数的测量。

成圈结构织物测量基本线圈，即织物表面大小均匀的3×3个线圈;浮线结构织物测量正反线圈比是1︰1的组织部分的线圈是织物表面大小均勻的3×3个线圈，测量正反线圈比是1︰2、1︰3和1︰4的组织部分的线圈是织物正面拉长线圈和以拉长线圈为中心的上下相邻横列线圈，即上中下3个线圈。测量成圈结构织物和浮线结构织物基本线圈圈距和圈高参数，确定不同织物样布基本线圈的大小;以拉长线圈质点为原点，对浮线结构织物进行质点坐标测量;对成圈结构织物和浮线结构织物中线圈的8个型值点坐标进行测量。每款织物相关参数均测量5次，并求平均值。

2.3 样布开发

为了便于织物线圈的观察，织物开发时使用的纱线表面应该光滑且无弹，开发样布使用的机器机号较低，织造的织物线圈较大且排列整齐，易于观察线圈变形情况。根据实验条件选择采用70 tex的白色精梳环锭纺T 65/JC 35纱线在E 16、30″、48F的OVJA 1.6 EE 3/2 WT迈耶西两面电脑提花机上编织织物。

纬编两面提花针织物反面呈现全成圈的纬平针织物组织外观，织物正面根据提花原理进行编织，常见的提花编织循环路数一般在2～4，所以设定织物样布的正反线圈比为1︰1、1︰2、1︰3和1︰4。将正反线圈比为1︰1的织物组织中未发生变形的线圈定义为基本线圈，浮线结构织物中设计基本线圈的目的是测量该织物的圈距和圈高参数。成圈结构织物主要用于分析未变形的线圈结构，浮线结构织物主要用于分析变形线圈结构及其上下相邻横列线圈的关系。

综上，本文开发的织物类型分为成圈结构和浮线结构2种，成圈结构织物采用罗纹组织，具有正反线圈比为1︰1的结构;浮线结构织物中分别具有正反线圈比为1︰1、1︰2、1︰3和1︰4的结构，开发浮线结构织物结构如图6所示。

经过水洗定型后，测试两款织物的基本参数，测量5次并求平均值。成圈结构织物的横向密度是34.4个纵行/5 cm，纵向密度是47.8个横行/5 cm;浮线结构织物的横向密度是36.4个纵行/5 cm，纵向密度是50个横行/5 cm。

3 模型建立

3.1 成圈结构织物

纬编两面提花针织物编织时使用的圆机是罗纹对针配置，正面线圈和反面线圈的横坐标之间的距离相差半个圈距，正面线圈和反面线圈的纵坐标数值相同。通过对成圈结构织物基本线圈横密和纵密的测量，3×3个线圈位置关系如表1所示，同时确立了浮线结构织物中未变形线圈的质点坐标。

通过对成圈结构织物线圈型值点的坐标测量，从而得出织物每一个基本线圈的几何结构，结果如表2所示。

在表1确定的织物线圈相对位置的基础上，引入表2确定的织物线圈的几何结构，可以得到成圈结构织物的仿真结构模型，如图7所示。

3.2 浮线结构织物

通过对浮线结构织物正反线圈比1︰1组织部分线圈的横密和纵密测量，以拉长线圈的质点P（x，y）为中心，反算出织物正面线圈质点坐标关系式系数m、a和b，如表3所示。

从表3可以看出，织物线圈质点横向变形系数a的变化差异较小，线圈质点纵向变形系数b与正反线圈比m呈正相关关系。再进行正反线圈比1︰2、1︰3和1︰4组织部分中不同线圈型值点坐标测量，以确定变形线圈的几何结构，结果如表4所示。

通过表3所示织物正面线圈质点坐标关系式系数得到浮线结构织物的线圈相对位置，引入表4中织物正面线圈型值点对应的几何结构，以拉长线圈质点坐标为原点得到织物正面线圈的仿真结构模型，如图8所示。

4 结 论

本文研究纬编两面提花针织物的研究背景、织物结构特征和线圈结构特征，在测试原理的基础上设计开发成圈结构和浮线结构织物，通过数据分析建立了纬编两面提花针织物的仿真模型。

1） 本文以实验测量和关系式反算的方法建立以横密、纵密、正反线圈比为参数的纬编两面提花针织物的仿真模型，提供了织物仿真结构模型快速构建的参考。

2） 本文研究的织物组织结构较为简单，即在织物一面成圈浮线共同编织，另一面固定全成圈编织，今后需要增加织物正反两面的结构变化来研究织物仿真结构模型。

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