MÔ PHỎNG SỐ TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU DỆT Ở CẤP ĐỘ SỢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

Tóm tắt

Bài báo trình bày một phương pháp tổng quát nhằm mô phỏng cơ học vật liệu dệt ở cấp độ sợi, trong đó xét đến toàn bộ các sợi cấu thành và tương tác tiếp xúc - ma sát giữa chúng. Một chương trình phần tử hữu hạn sử dụng bộ giải ẩn được phát triển để mô hình hóa vải dệt như một hệ các phần tử dầm chịu chuyển vị lớn. Thuật toán phát hiện và xử lý số lượng lớn tiếp xúc được xây dựng theo hướng ổn định và hiệu quả, cho phép mô phỏng các mẫu gồm vài trăm sợi. Cấu hình ban đầu của vải được xác định thông qua mô phỏng quá trình tạo kiểu dệt, cung cấp thông tin về quỹ đạo sợi và hình dạng tiết diện bó sợi. Các trường hợp tải khác nhau được áp dụng, nhằm đánh giá cơ học của vật liệu. Kết quả trên mẫu vải phủ được trình bày để minh chứng cho phương pháp đề xuất.

Title

NUMERICAL SIMULATION OF THE MECHANICAL PROPERTIES OF TEXTILE MATERIALS AT THE FIBER SCALE USING THE FINITE ELEMENT METHOD

Abstract

This paper presents a general numerical approach for modeling the mechanical response of textile materials at the fiber scale, explicitly accounting for individual fibers and their contact- friction interactions. An implicit finite element solver is developed to represent woven fabrics as assemblies of beam elements undergoing large displacements. Robust and efficient contact detection and resolution algorithms are implemented to handle the large number of interactions arising in such structures, enabling the simulation of samples composed of several hundred fibers. The initial configuration of the fabric is determined through a weaving pattern simulation, providing detailed information on fiber trajectories and tow cross-sectional shapes. Various loading cases are then applied, to evaluate the mechanical behavior of the material. Numerical results obtained for coated fabric samples are presented to demonstrate the capabilities of the proposed approach.