[发明专利]一种基于柔性体动力学的钢丝合股性能预测方法

说明书

本发明涉及一种基于柔性体动力学的钢丝合股性能预测方法，其将每股钢丝简化成杆单元分析模型，每个节点质量为整个杆单元的1/2，单元的受力、位移、转动也都集中在两个节点上。合股机工作过程中，摆动头携带着钢丝沿轴向往返运动，先是保持恒速运动，在通过两端时及时降速并转变为反向的轴向速度，一层一层地往返平铺在卷取轴上，每一束、每一层之间相互挤压、层层铺叠，形成了复杂的钢丝集合体结构。通过预测任意时刻钢丝与钢丝之间的接触状况、接触后的受力以及是否粘连来判断钢丝合股的性能。本发明根据任意一步与理想结果的差异来判断合股在什么情况下出了何种差错，避免实际工程中多次反复试验，提高精度与准确性也降低了生产制造成本。

【技术领域】

本发明涉及一种钢丝合股性能的预测方法，具体涉及一种基于柔性体动力学的钢丝合股性能预测方法，属于纺织织造技术领域。

【背景技术】

钢丝编织胶管因为其优异的承压能力、良好的减震效果而被广泛应用于航空航天、矿山开采、工程建造等多个行业。在排除材料属性的影响下，胶管中钢丝增强层的质量对编织胶管抗压性能起着关键作用。钢丝合股是编织物制造的前道工序，在该工序中，多股钢丝被分别施以相同张力，平行排列形成束线，缠绕到锭轴上，形成合股锭轴。因此锭轴的合股性能对编织过程中丝线抽取，有序排列都会产生直接影响，这也是诱发编织增强体瑕疵(如节距波动、股线排布不匀)的主要原因。

钢丝合股成为锭轴通常在钢丝合股机上完成，是由钢丝合股机给特定数量的单股钢丝施加边界或作用力而形成，通过合股机的钢丝会并排成紧靠在一起的一束带状钢丝，此束带状钢丝在摆动头的轴向运动带动下，先是保持恒速运动，在通过两端时及时降速并转变为反向的轴向速度，以保证缠绕的角度恒定，这样一层一层地往返平铺在卷取轴上，每一束、每一层之间相互挤压、层层铺叠，形成了复杂的钢丝集合体结构。

在放线缠绕过程中钢丝与钢丝之间、钢丝与线轴之间的相互作用以及线轴的转速和钢丝的移动速度都比较复杂，往往会产生松弛、跳线等现象。松弛的钢丝需要很长一段排线距离才能恢复，同时会影响下一层的缠绕效果，对最终成型的产品性能影响极大。而现阶段，在工程实际中主要通过反复试验调整参数的方法来进行钢丝合股性能调节，存在调整时间长、材料浪费严重的问题。

因此，为了更加方便、更加准确地预测钢丝合股的性能优劣，有必要提供一种基于柔性体动力学的钢丝合股性能预测方法，以预测钢丝合股的性能。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于柔性体动力学的钢丝合股性能预测方法，其针对合股后钢丝所处状态的预测，能显著提高合股钢丝的性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于柔性体动力学的钢丝合股性能预测方法，其用于合股缠绕的钢丝合股机，所述钢丝合股机由卷取轴、束丝、摆动头组成；束丝的前端被固定在卷取轴的左端，卷取轴进行逆时针转动，摆动头以速度V沿轴向往返运动，通过卷取轴和摆动头的协同作用，束丝一圈一圈缠绕在卷取轴之上；摆动头移动速度V，卷取轴转速ω，卷取轴半径R，钢丝横截面圆半径r，钢丝与钢丝之间的摩擦系数μ；

所述方法包括如下步骤：

1)，将每根钢丝简化成连续节点，相邻节点之间采用有限单元分析方法进行模型分析，每个节点质量为整个单元的1/2，单元的受力、位移、转动也都集中在两个节点上；

2)，通过空间螺旋线方程计算出卷取轴上每股钢丝中各个点的空间坐标；

3)，根据被接触单元划分判断接触区域内的左右极限点及另两个方向的极限值；

4)，同面接触判定：通过被接触单元两节点建立向量接触单元两节点建立向量通过其中一点与接触判断点建立向量计算向量和的外积根据公式：

判定接触，若d₁≥r，则未接触；否则d₁r，则已经接触；