Modeling of Rib and Interlock knitted fabric structures to analyze air permeability

Abstract

This research investigates the air permeability of knitted fabrics using Computational Fluid Dynamics (CFD). The study focuses on two types of knitted structures, Rib 1x1 and Interlock, with different fiber arrangements in the vertical (Wale) and horizontal (Courses) directions. The simulation utilizes five layers of yarns in Single line of yarn and Fiber assemble model configurations, modeled as one Unit-cell based on theories including the Peirce, Leaf and Glaskin, Kurbak, and Vassiliadis models. SolidWorks was used to create 3D Unit-cell structures, which were then analyzed using SolidWorks Flow Simulation to study the airflow characteristics across 48 fabric configurations.The results from the CFD simulation were compared with experimental data obtained using an SDL Atlas M021A Air Permeability Tester. Findings indicated that higher yarn density reduced air permeability due to smaller pore sizes in the fabric structure. This study demonstrates the effectiveness of CFD as a predictive tool for air permeability analysis, offering significant time efficiency and reducing the need for experimental trials in fabric design and optimization.

การศึกษาครั้งนี้ได้ใช้วิธีการคำนวณพลศาสตร์ของไหล (CFD) เพื่อจำลองการซึมผ่านของอากาศด้วย เส้นด้ายแบบการประกอบเส้นใย (Fiber assemble model) จำนวน 5 ชั้น เส้นด้ายเส้นเดี่ยว (Single line of yarn) สำหรับผ้าถักแบบซี่โครง Rip 1x1 และผ้าถักแบบเชื่อมเกี่ยวกัน (Interlock knitted fabric) การศึกษาครั้งนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษารูปทรงเรขาคณิตของผ้าถัก 2 ประเภท ที่มีความหนาแน่นของด้ายแนวตั้ง (Wale) และด้ายแนวนอน (Courses) ที่แตกต่างกันประเภทละ 3 รูปแบบ และการทดสอบการซึมผ่านของอากาศในตัวอย่างทั้งหมดจะถูกกำหนดเป็น 1 หน่วย Unit-cell แล้วจึงนำมาทำการประยุกต์กับแบบจำลองทางเรขาคณิต 4 โมเดล ของผ้าถัก ซึ่งประกอบด้วยแบบจำลอง Peirce model, Leaf and Glaskin model, Kurbak model และ Vassiliadis model. ซึ่งใน 1 หน่วย Unit-cell ของแต่ละแบบจำลองถูกสร้างขึ้นโดยใช้ซอฟต์แวร์ SolidWorks ซึ่งพิจารณารูปร่างที่แท้จริงของวงถักในพื้นที่หน้าตัดของโครงสร้างแบบจำลอง 3 มิติ แล้วจึงทำการวิเคราะห์ CFD กับตัวอย่างทั้งหมด 48 ตัวอย่าง ทั้งในเส้นด้ายเส้นเดี่ยว และเส้นด้ายที่มีการประกอบกันของเส้นใย โดย SolidWorks Flow Simulation ใช้สำหรับการวิเคราะห์ CFD ผลลัพธ์เชิงตัวเลขที่ได้มาจะนำมาวิเคราะห์และเปรียบเทียบผลการจำลองของ 4 โมเดล ผลการทดลองการซึมผ่านของอากาศที่ใช้เปรียบเทียบจะได้จากเครื่อง SDL Atlas M021A Air Permeability Tester เพื่อหาแบบจำลองผ้าถักที่เหมาะสมที่สุดในการทำนายอัตราการไหล และความสามารถในการซึมผ่านของอากาศ สรุปได้ว่าแบบจำลอง CFD เป็นแบบจำลองที่มีประสิทธิภาพในการทำนายการซึมผ่านของอากาศของผ้าถักโดยใช้หน่วย 1 Unit-cell วิธีนี้สามารถประหยัดเวลาและค่าใช้จ่ายในการดำเนินการในการแก้ปัญหาได้