Разработка библиотеки для 3D-моделирования многослойного гибридного трикотажа управляемой структуры

3D-технологии и системы автоматизированного проектирования (САПР) используются в различных областях человеческой деятельности: машиностроении, архитектуре, строительстве, искусстве и т. д. [1–7].

Благодаря 3D-моделированию есть возможность оценить физические свойства, внешний вид и другие характеристики изделий еще до их изготовления. Благодаря САПР сокращается время разработки и себестоимость изделий, процесс производства автоматизируется. В трикотажном производстве использование трехмерного моделирования находится на начальном этапе.

Актуальной является задача разработки программы для 3D-моделирования и автоматизированного проектирования трикотажа, способной автоматически создавать 3D-модели трикотажа с учетом переплетения, вида сырья нити

(пряжи) и ее линейной плотности, а также осуществлять расчет его параметров. Разработка программы была осуществлена на базе системы автоматизированного проектирования (САПР) КОМПАС-3D [8], созданной компанией АСКОН. Согласно описанию на сайте производителя, КОМПАС-3D – мощная и универсальная система трёхмерного проектирования, которая предоставляет широкие возможности твердотельного, поверхностного и прямого моделирования. Разработчики системы предоставляют автоматизированный программный интерфейс, чтобы дать возможность сторонним программистам разрабатывать новые библиотеки (дополнительные программные модули для различных целей) для системы КОМПАС-3D.

Был запланирован следующий порядок работы программы:

• 1)    предоставление возможности пользователю выбрать переплетение трикотажа, вид сырья нити (пряжи), ее линейную плотность, задать число петельных столбиков и петельных рядов;

• 3)    расчет параметров модели на основе введенных пользователем исходных данных;

• 4)    подключение к системе КОМПАС-3D, установленной на компьютере пользователя;

• 5)    открытие в ней файла базовой модели;

• 6)    замена ее переменных на новые значения, рассчитанные в соответствии с исходными данными, выбранными пользователем, и создание таким образом новой модели переплетения с пользовательскими параметрами;

• 7)    сохранение новой модели на жесткий диск;

• 8)    вывод рассчитанных параметров переплетения на экран и предоставление возможности сохранить значение этих параметров в текстовый файл.

С целью облегчения изучения и прогнозирования свойств трикотажа его сложную структуру представляют геометрической моделью, которая с различной степенью точности аппроксимирует фактическую структуру трикотажа и форму его петель, причем в геометрической модели толщина нити принимается одинаковой на всех участках петли, а форма сечения нити принимается за круг. Толщина нити усредняется и характеризуется средним диаметром [9]. В программе реализована возможность работы с 3D-моделями трикотажа переплетений: кулирная гладь, платированная гладь, плюшевых переплетений.

Трикотаж переплетения кулирная гладь состоит из петель, одинаковых по форме и величине и образованных последовательно вдоль петельного ряда одной и той же нитью [10]. В трикотаже переплетения платированная гладь петли образованы из двух нитей: грунтовой и платировочной. Платировочная нить образует петли на лицевой стороне, а грунтовая – петли на изнаночной стороне трикотажа. В трикотаже плюшевого переплетения петли образованы из двух нитей, одна из которых имеет увеличенные протяжки, формирующие ворсовую поверхность.

Первым шагом в процессе разработки являлось создание базовой параметрической трехмерной модели переплетения кулирная гладь в системе КОМПАС-3D. В модели заданы переменные: d – диаметр нити (пряжи); A – величина петельного шага; В – высота петельного столбика; Columns – число петельных столбиков; Rows – число петельных рядов.

Далее на основе описанной модели была построена базовая параметрическая трехмерная модель переплетения платированная гладь. В модели заданы переменные: d1 – диаметр нити (пряжи) на лицевой стороне; d2 – диаметр нити (пряжи) на изнаночной стороне; A – величина петельного шага; В – высота петельного столбика; Columns – число петельных столбиков; Rows – число петельных рядов.

Далее на основе модели платированного переплетения была построена базовая параметрическая трехмерная модель плюшевого переплетения. В модели заданы переменные: d1 – диаметр нити (пряжи) на лицевой стороне; d2 – диаметр нити (пряжи) на изнаночной стороне; A – величина петельного шага; В – высота петельного столбика; Columns – число петельных столбиков; Rows – число петельных рядов, a1 – высота ворса нити (пряжи) на лицевой стороне, a2 – высота ворса нити (пряжи) на изнаночной стороне.

Следующим шагом в создании библиотеки стало создание визуального интерфейса приложения и написание программного кода для расчета параметров переплетения и осуществления перестроения модели. Для этого была использована система Embarcadero RAD Studio и язык программирования C++. Визуальный интерфейс показан на рисунке 1.

Интерфейс    содержит    элемент    выбора переплетения трикотажа, числовые поля ввода линейной плотности, элементы выбора вида сырья нити (пряжи) из списка предложенных. Также на рабочем поле находится блок параметров управления построением модели плюшевого переплетения, в котором предусмотрена возможность выбора ворсовой нити и задания высоты ворса. Справа расположено зеленое поле для вывода рассчитанных программой параметров переплетения трикотажа. Ниже находится блок с двумя числовыми полями для ввода чисел петельных рядов и петельных столбиков. Рядом с этими полями расположена кнопка «Построить модель», нажатие на которую запускает процесс построения модели.

Далее был написан программный код для расчета параметров переплетения и осуществления перестроения модели. Структура программы соответствует        принципам        объектноориентированного              программирования.

Геометрические параметры трикотажа в программе рассчитываются согласно [10].

Диаметр нити (пряжи) в сильно сжатом состоянии приравнивают к условному диаметру:

dy= 0,0357 T-"1 , где T – линейная плотность нити (пряжи), текс; γ – плотность вещества нити (пряжи), г/см3.

Диаметр нити (пряжи) в свободном состоянии приравнивают к расчетному диаметру:

dр = 0,0357 Тт-^, где δ – объемная масса нити (пряжи), г/см3.

Величины плотности вещества и объемной массы в зависимости от материала нити (пряжи), приведенные в [10], сохранены в программе для семнадцати различных видов сырья. В геометрических моделях толщина нити приравнивается к расчетному диаметру или к среднему диаметру, который равен среднему арифметическому значений расчетного и условного диаметров. В программе толщина нити пряжи принята равной среднему диаметру:

d =

d y +d р

Согласно геометрической модели Далидовича часто при проектировании трикотажных переплетений кулирная гладь, платированная гладь и плюшевых переплетений принимают петельный шаг A = 4d . Тогда высота петельного ряда B = 0,865A . Эти зависимости были заданы в программе для расчета.

Рисунок 1 – Визуальный интерфейс библиотеки

Длина нити в петле для трикотажа переплетения кулирная гладь определяется по формуле:

n_B = 100

ВВ

.

l = 1 , 57 A + 2 B+nd .

Коэффициент     соотношения

плотностей

рассчитывается в программе по формуле:

Плотность по горизонтали расчитывается в

программе по формуле:

С = А

В

.

П Г = T

.

Поверхностная плотность рассчитывается в программе по формуле:

Плотность по вертикали расчитывается в

программе по формуле:

IT

P AB

.

Линейный модуль петли (число толщин нити в одной длине петли):

σл

dy ■

Поверхностный модуль петли:

АВ ° n =    .

ld y

Объемный модуль петли:

4 АВМ

°o =     - , ldy n где М – толщина петли.

Коэффициент линейного заполнения по вертикали:

Е

d_

B '

Коэффициент линейного заполнения по горизонтали:

Е

d

А.

Поверхностное заполнение:

„  100Id

Е = -----.

АB

Рыхлость нити:

nd, d nv

= ^y р

Н    4

Рыхлость трикотажа:

Рт =

4 АВМР_Н nd ² 1

Поверхностная плотность трикотажа переплетения кулирная гладь рассчитывается в программе по формуле:

p = 10 - ⁴ П_гП„ 1Т . гв

Для переплетения платированная гладь дополнительно заданы зависимости, представленные ниже.

Суммарный диаметр нитей:

d сум   d г + dnл ", где dг – диаметр грунтовой нити (пряжи), м;

d пл – диаметр платировочной нити (пряжи), мм.

Длина нити в грунтовой петле определяется по формуле:

1_г = 1,57 А + 2 В + nd_cyM .

Длина нити в покровной петле определяется по формуле:

• ¹пл = ¹г ^{+ 0,1 1}г = ^{1,1 1}г .

Поверхностная плотность трикотажа переплетения платированная гладь рассчитывается в программе по формуле:

p = 10 -4 П,П„ (1 „Т„ +1„ „Ти J, г в г г пл пл , где Tг – линейная плотность грунтовой нити (пряжи), текс; Tпл – линейная плотность платировочной нити (пряжи), текс.

Для плюшевого переплетения дополнительно заданы зависимости, представленные ниже.

Длина нити в грунтовой петле определяется по формуле:

1г = 1,57 А + 2В + ndcyM , где dсум – суммарный диаметр грунтовой и плюшевой нитей, мм.

Длина нити в плюшевой петле определяется по формуле:

• ¹пл = ^{1 + 2 a} ,

где a – расстояние, составляющее разницу между отбойными плоскостями для кулирования грунтовой и плюшевой нитей, мм.

Поверхностная плотность трикотажа плюшевого переплетения рассчитывается в программе по формуле:

p = 10 -4 П,П„ (1 Д\ +L Д’- J, г в г г пл пл , где Tг – линейная плотность грунтовой нити (пряжи), текс; Tпл – линейная плотность плюшевой нити (пряжи), текс.

Программа выводит расчитанные параметры в зеленое поле справа в окне программы (рис. 1). На рисунке 2 представлены примеры 3D-моделей, построенных с помощью библиотеки.

Библиотека внедрена в учебный процесс кафедры ТТМ УО «ВГТУ» и кафедры ТМ УО «ВГТУ». Она используется для наглядной демонстрации обучающимся особенностей переплетения и влияния линейной плотности и сырья на структуру трикотажа. Библиотека использована авторами в процессе выполнения научных исследований, посвященных разработке трикотажа с повышенными гигиеническими свойствами.

а

б

в

г                                     д                                      е

Рисунок 2 – Модели, построенные с использованием библиотеки:

а – платированная гладь (лицевая сторона); б – платированная гладь (изнаночная сторона);

в – плюшевое переплетение (лицевая сторона); г – плюшевое переплетение (изнаночная сторона);

д – плюшевое переплетение (вид сбоку); е – кулирная гладь (лицевая сторона)

ВЫВОДЫ

Разработана прикладная библиотека к САПР

«КОМПАС-3D»     для     автоматизированного проектирования и построения    3D-моделей трикотажа    переплетений    кулирная    гладь, платированная гладь и плюшевых переплетений. Планируется расширение набора поддерживаемых переплетений. Библиотека внедрена в учебный процесс кафедры ТТМ УО «ВГТУ» и кафедры ТМ УО «ВГТУ» и используется для наглядной демонстрации обучающимся особенностей переплетений и влияния линейной плотности и сырья на структуру трикотажа. Библиотека использована авторами в процессе выполнения научных исследований, посвященных разработке трикотажа с повышенными гигиеническими свойствами.