Modeling of one-layer woven fabrics to analyze air permeability

Abstract

This study is developed the 3D filament assembly model of woven fabrics structures to predict the air permeability. The algorithms of filament assembly model are proposed which a woven fabrics structures composed of yarn with many filaments by twisting along the crimp shape in the warp/weft direction. The fiber distributions in each yarn cross-section were used the virtual location concept which is rotated along the yarn length by a pre-determined amount to allow for the yarn twist. The filament curves are approximated by NURBS and each curve is created by sweeping along the yarn path. The 3D filament assembly model of plain weave, basket weave, twill 1x3 and twill 2x2 is presented by SOLIDWORKS software. The geometric parameters of 16 woven fabric structures were simulated with two warp densities (29.3 and 22 ends/cm) and two weft densities (15 and 20 picks/cm), results in four different densities of each woven fabric structures. The yarns in warp and weft directions had the same linear density and material. Computational fluid dynamics (CFD) methods were applied to simulate the air flow process by SOLIDWORKS Flow Simulation which were carried out on a unit cell of each sample. For the experimental investigation, air permeability measurements were performed with the Air Permeability tester FX 3300 Labotester III according to the ISO 9237:1995 (E) standard. The results obtained during simulation showed very good agreement with the experimental results that is an efficient model to predict air permeability of woven fabric by using a unit cell. Using this method can decrease the operational size and consequently the solution time is considerably reduced.

การศึกษาครั้งนี้ได้รับการพัฒนาแบบจำลองการประกอบเส้นใย 3 มิติของโครงสร้างผ้าทอเพื่อทำนายการซึมผ่านของอากาศ มีการนำขั้นตอนวิธีของแบบจำลองการประกอบเส้นใย ซึ่งโครงสร้างผ้าทอที่ประกอบด้วยเส้นด้ายที่มีเส้นใยจำนวนมากโดยการบิดตามรูปร่างเส้นด้ายในทิศทางด้ายพุ่งและด้ายยืน การกระจายเส้นใยในแต่ละส่วนตัดของเส้นด้ายใช้แนวคิดตำแหน่งเสมือนที่หมุนไปตามความยาวของเส้นด้ายด้วยปริมาณที่กำหนดล่วงหน้าเพื่อให้สามารถบิดได้ เส้นโค้งเส้นใยจะประมาณโดย NURBS และแต่ละเส้นโค้งจะถูกสร้างขึ้นโดยการออกแบบไปตามเส้นทางเส้นด้าย ซอฟต์แวร์ SOLIDWORKS นำเสนอแบบจำลองการประกอบเส้นใย 3 มิติของโครงสร้างผ้าทอลายขัด ผ้าทอลายทแยง ลาย Filling rib 4-2 และ Warp rib 2-4 โดยพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตของโครงสร้างผ้าทอ 16 ชิ้นถูกจำลองด้วยความหนาแน่นด้ายยืน (29.3 และ 22 ปลาย/ซม.) และความหนาแน่นด้ายพุ่ง(15 และ 20 picks/cm) ส่งผลให้เกิดความหนาแน่นที่แตกต่างกันสี่อย่างของโครงสร้างผ้าทอแต่ละชิ้น เส้นด้ายในเส้นด้ายยืนและเส้นด้ายพุ่ง มีความหนาแน่นและวัสดุเชิงเส้นเท่ากัน โดยวิธีการคำนวณพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) ถูกนำมาใช้เพื่อจำลองกระบวนการไหลของอากาศโดย SOLIDWORKS Flow Simulation ซึ่งดำเนินการบนพื้นที่ 1 Unit-cell แต่ละตัวอย่าง สำหรับการตรวจสอบการทดลอง การวัดการแพร่กระจายของอากาศได้ดำเนินการกับเครื่องทดสอบการซึมผ่านของอากาศ FX 3300 Labotester IIl ตามมาตรฐาน ISO 9237:1995 ผลที่ได้ระหว่างการจำลองแสดงให้เห็นถึงความเห็นด้วยอย่างมากกับผลการทดลองที่เป็นแบบจำลองที่มีประสิทธิภาพในการคาดการณ์การแพร่กระจายของอากาศของผ้าทอโดยใช้เซลล์หน่วย การใช้วิธีการนี้สามารถช่วยลดเวลาการทดสอบของเครื่องการซึมผ่านอากาศและแก้ช่วยปัญหาในการออกแบบได้อย่างมาก