基于空間群r3對(duì)稱性的三維編織材料及其編織方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了基于空間群R3對(duì)稱性的三維編織材料及其編織方法，該編織材料編織幾何結(jié)構(gòu)為在三維空間延伸編織成的呈連續(xù)紗線的結(jié)構(gòu)，編織幾何結(jié)構(gòu)中的代表性體積單元中的紗線段滿足空間點(diǎn)群C3描述的點(diǎn)的對(duì)稱性，編織結(jié)構(gòu)整體上呈現(xiàn)將代表性體積單元用空間群R3描述的平移對(duì)稱操作平移得到的三維空間相互交織在一起的三維編織織物。本發(fā)明的編織材料通過(guò)對(duì)其工藝可行性的研究和對(duì)相應(yīng)三維編織物的纖維體積百分含量進(jìn)行的預(yù)測(cè)，獲得了比傳統(tǒng)三維編織材料纖維體積百分含量更高的新三維編織材料品種，其幾何結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的復(fù)合材料具有比傳統(tǒng)三維編織復(fù)合材料更好的力學(xué)性能。
【專利說(shuō)明】基于空間群R3對(duì)稱性的三維編織材料及其編織方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維編織材料，尤其涉及一種基于空間群R3對(duì)稱性的三維編織材料。
【背景技術(shù)】
[0002]三維編織復(fù)合材料以其優(yōu)異的力學(xué)性能得到航空航天、國(guó)防和醫(yī)療等行業(yè)的廣泛關(guān)注。目前多數(shù)研究集中在四步法和二步法兩種編織方法。由于受到加工工藝等因素的制約,三維編織復(fù)合材料的品種過(guò)少、加工效率低和工藝成本高,不利于優(yōu)化復(fù)合材料的性能，在實(shí)際工程應(yīng)用中二步法三維編織復(fù)合材料使用不夠廣泛，要獲得綜合性能更好的三維編織復(fù)合材料，急需開(kāi)發(fā)更多的三維編織工藝，有關(guān)新三維編織方法預(yù)測(cè)的研究工作還處于起步階段。
[0003]不同晶格結(jié)構(gòu)的晶體表現(xiàn)出不同的性能，采用晶體對(duì)稱群可以將晶體幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。參照對(duì)稱群的研究方法，對(duì)編織材料的單胞(單胞即為代表性體積單元)幾何結(jié)構(gòu)加以歸納研究，根據(jù)空間點(diǎn)群和空間群描述的對(duì)稱操作可推得大量新的三維紗線交叉方法，如中國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)CN102041635A以及中國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)CN102358990A所公開(kāi)的編織材料的結(jié)構(gòu)及其編織方法、工藝設(shè)備。然而作為新的基于空間群R3對(duì)稱性的三維編織材料的結(jié)構(gòu)、編織方法的及可行性研究尚未展開(kāi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于空間群R3對(duì)稱性的三維編織材料，本發(fā)明的目的還在于提供上述三維編織材料的編織方法。
[0005]本發(fā)明的三維編織材料的技術(shù)方案是:基于空間群R3對(duì)稱性的三維編織材料，該編織材料的編織幾何結(jié)構(gòu) 為在三維空間延伸編織成的呈連續(xù)紗線的結(jié)構(gòu)，編織幾何結(jié)構(gòu)中的代表性體積單元中的紗線段滿足空間點(diǎn)群C3描述的點(diǎn)的對(duì)稱性，編織結(jié)構(gòu)整體上呈現(xiàn)將代表性體積單元用空間群R3描述的平移對(duì)稱操作平移得到的三維空間相互交織在一起的三維編織織物。
[0006]進(jìn)一步的，所述空間點(diǎn)群C3群元素為F"。.C，群的生成元為C3z，在三維坐標(biāo)系xyz中定義z軸為旋轉(zhuǎn)軸，空間點(diǎn)群C3是一個(gè)純旋轉(zhuǎn)對(duì)稱群，群元素C3z表示繞z軸旋轉(zhuǎn)120° ； C3'表示繞z軸旋轉(zhuǎn)240° ,E = C'表示繞z軸旋轉(zhuǎn)360°或不動(dòng)；所述滿足空間點(diǎn)群C3描述的點(diǎn)的對(duì)稱性的代表性體積單元，其推導(dǎo)基于空間點(diǎn)群C3的群元素描述的對(duì)稱操作表達(dá)為:
【權(quán)利要求】
1.基于空間群R3對(duì)稱性的三維編織材料，其特在在于:該編織材料的編織幾何結(jié)構(gòu)為在三維空間延伸編織成的呈連續(xù)紗線的結(jié)構(gòu)，編織幾何結(jié)構(gòu)中的代表性體積單元中的紗線段滿足空間點(diǎn)群(:3描述的點(diǎn)的對(duì)稱性，編織結(jié)構(gòu)整體上呈現(xiàn)將代表性體積單元用空間群R3描述的平移對(duì)稱操作平移得到的三維空間相互交織在一起的三維編織織物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間群R3對(duì)稱性的三維編織材料，其特在在于:所述空間點(diǎn)群(:3群元素為，群的生成元為c3z，在三維坐標(biāo)系xyz中定義z軸為旋轉(zhuǎn)軸，空間點(diǎn)群C3是一個(gè)純旋轉(zhuǎn)對(duì)稱群,群元素c3z表示繞z軸旋轉(zhuǎn)120° ； <表示繞z軸旋轉(zhuǎn)240° ,E = c表示繞z軸旋轉(zhuǎn)360°或不動(dòng)；所述滿足空間點(diǎn)群C3描述的點(diǎn)的對(duì)稱性的代表性體積單元，其推導(dǎo)基于空間點(diǎn)群C3的群元素描述的對(duì)稱操作表達(dá)為:
3.如權(quán)利要求1所述的三維編織材料的編織方法，由三維編織工藝設(shè)備的移動(dòng)的攜紗器進(jìn)行編織，其特在于:所述移動(dòng)的攜紗器組成基本編織紗線陣列，在編織紗線陣列中，將在編織過(guò)程中處于同一軌道的攜紗器分為一組而將攜紗器分為第一、第二兩組，處于同一軌道的攜紗器具有相同的運(yùn)動(dòng)軌跡，在編織過(guò)程中，第一、二組攜紗器沿其運(yùn)動(dòng)軌跡先后移動(dòng)一次完成一個(gè)編織循環(huán)，每組攜紗器攜帶的紗線在三維編織物中的軸線均為直線，只在織物邊界處彎曲，第一、二組攜紗器攜帶的紗線在空間分步交叉最終形成三維編織材料的幾何結(jié)構(gòu)； 所述第一組攜紗器的運(yùn)動(dòng)軌跡為六邊形，該六邊形對(duì)邊相互平行、鄰邊夾角均為120°，該六邊形的具有三條短邊和長(zhǎng)度為短邊長(zhǎng)度四倍的三條長(zhǎng)邊，所述長(zhǎng)邊、短邊在攜紗器移動(dòng)方向交替相連并圍合成所述六邊形，所述第一組攜紗器移動(dòng)時(shí)繞所述六邊形的邊移動(dòng)一周而進(jìn)行一個(gè)所述的編織循環(huán)； 所述第二組攜紗器的運(yùn)動(dòng)軌跡是由六個(gè)邊長(zhǎng)均等于所述六邊形的短邊邊長(zhǎng)的正三角形、三條長(zhǎng)度均等于所述六邊形短邊邊長(zhǎng)兩倍的短直線段和三條長(zhǎng)度均等于所述六邊形短邊邊長(zhǎng)四倍的長(zhǎng)直線段構(gòu)成，所述長(zhǎng)三條直線段的中點(diǎn)均與所述六邊形的中心重合并以該中心呈輻射狀分布并使各長(zhǎng)直線段分別與六邊形的各長(zhǎng)邊平行，所述各短直線段的兩端點(diǎn)分別與相鄰兩長(zhǎng)直線段的遠(yuǎn)離所述中心的端點(diǎn)相交、且交點(diǎn)處于所述六邊形的相應(yīng)長(zhǎng)邊上，所述交點(diǎn)共有六個(gè)而在所述六邊形的每條長(zhǎng)邊上分布兩個(gè)；所述各正三角以其頂點(diǎn)與所述交點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的相交，并且各三角形有一條邊與其對(duì)應(yīng)交點(diǎn)處的長(zhǎng)直線段的延長(zhǎng)線重合、有另外一條邊與其對(duì)應(yīng)交點(diǎn)處的短直線段的延長(zhǎng)線重合；所述第二組攜紗器移動(dòng)時(shí)從第一個(gè)正三角形上的起始點(diǎn)開(kāi)始沿第一個(gè)正三角形的邊開(kāi)始經(jīng)過(guò)與第一個(gè)正三角形相連的交點(diǎn)、長(zhǎng)直線段移動(dòng)至第二個(gè)正三角形的邊上，然后沿第二個(gè)正三角形的邊繞回到第二個(gè)正三角形相連的交點(diǎn)、短直線段移動(dòng)至第三個(gè)正三角形的邊上，以此類推，第二組攜紗器繼續(xù)經(jīng)過(guò)第四個(gè)至第六個(gè)正三角形的邊及相應(yīng)的長(zhǎng)、短直線段，直至第二組攜紗器返回第一個(gè)正三角形上的起始 點(diǎn)而進(jìn)行一個(gè)所述的編織循環(huán)。
【文檔編號(hào)】D04C1/06GK103806219SQ201410000978
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】馬文鎖, 李天興, 謝建軍, 張玲玲, 殷冬冬, 陳凱, 丁磊 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)