基于ABAQUS的织物热传递性能分析

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随着生活水平的提高,人们对服装的要求不仅局限于耐磨耐穿,而是更加注重服装的舒适性及环保性。织物的传热性能是评价其舒适性的重要指标,织物相关参数的改变都会影响热量的传递情况,进而影响其传热性能。传统的探究方法主要是采用实验探究法,即改变不同参数通过大量实验进行优选,以此来判断是否满足产品预期设置,这一过程不仅周期长,工序复杂,且存在未知性。近年来,应用有限元方法分析研究织物性能,成了当今纺织学界的一个研究热点,本课题基于有限元方法,提出了一种可以有效预测分析织物传热性能的理论方法,该方法可以省略复杂工序,依靠材料特性及物理模型进行分析,达到节约资源,降低生产成本,缩短探究周期的目的。首先,本文通过显微观察法获取织物的几何结构参数及特征点,基于插值公式拟合纱线中心线方程进而建立织物物理模型,由纤维热学性能的各向异性及纱线中空气的含量计算纱线的有效导热系数,确定材料取向。然后,在ABAQUS有限元软件中创建织物传热环境,分析织物的传热性能,同时通过织物保温性测试及织物外表面温度测试验证建模方法和数值模拟结果的有效性及可行性。最后,基于上述验证,建立不同模型探究织物组织、织物紧度、织物厚度、纤维材料、空气层厚度对织物传热性能的影响;建立模型分析多层组织织物传热性能进而分析织物层数对织物传热性能的影响。结果表明:(1)采用插值公式拟合纱线中心线法可建立较为准确的模型,考虑材料的各向异性及纱线有效导热系数可减少误差,有限元模型理论值与实验值的差异率小于9%,证明了织物传热模型在模拟织物传热性能时数值结果的有效性及基于有限元方法分析织物传热过程的可行性。(2)分析织物组织、织物紧度、织物厚度、纤维材料、空气层厚度对传热性能的影响,可发现织物不同参数的改变会改变传热通道的长度及纱线间空气的含量,进而会对其传热性能产生一定影响。交织次数与浮长线对其热量传递产生影响,织物经纬纱交织次数越多,浮长线越短,纱线间束缚的空气较少,传热性能较好。在织物紧度为72%-83%的范围内,随着织物紧度的逐渐增加,导热性能逐渐增加。随着纱线线密度的增加,织物的厚度逐渐增大,厚度方向热量传递通道变长,传热性能有所降低。纤维材料的导热系数越大,织物的热阻越小。随着织物与人体皮肤间的空气层厚度的逐渐增加,织物外表面温度逐渐降低,且温度下降的梯度越来越小。(3)分析多层组织织物的传热性能可发现表里换层组织由于其结构产生的空气层以及织物厚度的增加,导致织物传热效率降低,织物热阻值大于单层织物热阻值之和。对于多层叠层织物而言,随着织物层数的增加,织物的热阻逐渐增大,达到热平衡需要的时间越来越长,外表面温度越低,传递的热量逐渐减少。
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