Simulation on Dynamic Bending Features of Fabric Based on Fluid-Solid Interaction Technique

7 2

J o u r n a l o f D o n g h u a U n i v e r s i t y( E n g .E d . )V o L 3 0, N o . 7( 2 0 1 3 )

Si mu l a t i o n o n Dy n a mi c Be n d i n g Fe a t u r e s o f Fa b r i c Ba s e d o n Hu i d— S o l i d I n t e r a c t i o n Te c h n i q ue L I U Yi - j u n (刘一君 ) , L I A NG Z h i . y o n g (梁志勇 ) h, L I Y a n . f a n g (李艳芳 ), J I F e n g (纪峰 ), QR:Y i— p i n g (邱夷平) l C o l kg e o fS c i e n c e, Do n g h u a U n i v e r s i t y . S h a n g h a i 2 0 1 6 2 0。 C h i n a 2 K e y L a b o r a t o r y f o T e x t i l e S c i e n c e&T e c h n o l o g y, D o n g h u a U n i v e r s i y, t S h a n g ai h 2 0 1 6 2 0,C h i n a Ab s t r a c t:Th i s p a p e r i s d e v o t e d t o t h e t wo - d i me n s i o na l n o n l i n e ar

i n c r e a s i n g o f c o mp u t e r p o we r, t he d i r e c t s i mu l a t i o n o f i n t e r a c i t o n b e t we en a i r l f o w nd a e l a s i t c s t r u c t u r e i n a c o u p i f n g s y s t e m c a n b e a c h i e v d .An e e x a mp l e or f wi n d— l o a d d e s t r u c t u r e s i n c i v i l e n g i n e e in r g s h o u l d b e me n i t o n e d h e r e[ 1… . Th e v a d o p t d a e p a r t i i t o n e d c o u p l i n g a p p r o a c h f or t i me— d e p e n d e n t

mo d e l i n g o f he t l f u i d . s o l i d i n

t e r a c i t o n( F S I )b e we t e n f a b r i c a n d a i r l f o w, wh i c h i s ba s e d o n t he Au t o ma t i c I nc r e me n t al Dy n a mi c

N o n l i n ar e A n a l y s i s( AI I ) N A) F S I p r o g r a m i n o r d e r t o s t u d y he t d y n a mi c be n di n gf at e u r e s o fl a br i s i e n a s I ) e c i矗c a i rf lo wf ll e d.The

c o mp u t a t i o n a l l f u i d d y n a mi c s( C F D)mo d e l f o r l f o w a n d t h e l i I I i t e d e me n t mo d e l( F E M )f 0 r l a b r i e wa s s e t u p t o c o n s t i t u t e a n F S I mo d e l i n wh i h c he t g e o me t r i c n o n l i ne a r b e h a v i o r a nd he t d y na mi c s t r e s s - s t r a i n va r i a i f o n o f he t r e l a t i v e l y s o f t f a b r i c ma t e r i a l we r e t a ke n i n t o a c c o u n t .S e v e r a l F S I￣ J t s e￣ wi h t i fe d en r t t i me . d e p e nd e n t wi n d l o a d a n d he t mo dd f eq r ue n c y a na l y s i s or f l a b r i c we e r c a r r i e d o ut . Th e dy na mi c r e s po n s e o f l a br i c a nd he t is d t r l bu l l o n o f lu f i d v a r i a b l e s

l f u i d . s o l i d i n t e r a c i t o n (F S I t o a na l y z e t he me mb r no a u s s t r u c t u r e s wi t h l rg a e d e f o r ma i t o n . I n t h e i

r wo r k. a

c o mp u t a i t o n a l l f u i d d y n a mi c s( CF D)c o d e or f a i r f l o w a n d a c o mp u t a i t o n a l s t r u c ur t e d y n a mi c s( CS D )c o d e or f me mb r no a u s s t r u c t u r e we r e a d o p t d e nd a c o u p l e d b y Me s h— b a s d e P a r ll a e l Co de

we r e i n v e s t i g a t d. 1 e 1 I e r e ad t s o f n u me r i c a l s i mu l a t i o n a n d e x p e r i me n t s i f t q u i t e we l 1 . He nc e. t hi s wo r k c o n t r i b u t e s t o t he r e s ar e h c o f mo d e l i n l￣t he dy n ami c b e n d i n g b e ha v i o r o f l a b r i s e i n a i r l i dd.

C o u p l i n g I n t e r f a c e( MP CCI ) . n A F S I n u me ic r a l s i mu l a i t o n i s e s t a b i l s h e d i n o r d e r t o i n v e s t i g a t e he t d na y mi c en b in d g f e a ur t e s o f f a b i r c i n a t u r b u l e n t

a i r l f o w ie f l d .F o r t h i s D u r p O s e .t I l e CF D c de o o f ADⅡ A— CF I ) nd a he t CS D c o d e o f ADD A. S t r u c t u r e we r e a d o p t e d t o mo d e l he t a i r l f o w nd a f a b i r c r e s p e c i t v e l y nd a c o u p l e d b y AI DNA— F S I . As n a i nt e r d i s c i p l i n a r y wor k. t h i s wo r k i s c a r r i d o e u t b y b o h t e x p e im e r n

t nd a n ume ic r a l s i mu l a i t on i n t h e me nt a im e .Th i s D a p e r o n l y f oc us e s on t h e p a r t o f n u me ic r a l s i m ul a t i o n a n d t h e e x p e im e r n t pa r t h a s be e n pu b is l he d i n no a t he r p a p e r .

K e y w o r d s: c o m p u t a t i o n a l lu f i dd y n a mi c s ( C F D); lu f i d s o l i di n t e r a c t i o n (删 ); b e n d i n gf e a t u r e s; f a b r i c CLC n u mb e r:03 5 Do c m e u n t c o d e:A

Ar t i c l e I D: 1 6 7 2— 5 2 2 0 ( 2 0 1 3 ) o 1 - 0 0 7 2 - 0 5

I n t r o du c t i o n T h e r e s e a r c h o f f a b ic r b e n d i n g f e a mr e s a t t r a c t s g r e a t i n t e r e s t i n t e x t i l e e n g i n e e r i n g il f e d . Re ma rk a b l e a c h i e v e me n t s f o r s t a i t c b e n d i n g f e a ur t e s o f f a b ic r h a v e b e e n o b t a i n e d L J.

1 Go v e r n i n g E q u a t i o n s f o r F l u i d D y n a mi c s Vi s c o u s l f u i d lo f w i s g o v e ne r d b y he t p i r n c i p l e s o f c l a s s i c me c h a n i c s nd a he t mo r d y n a mi c s . Th e y c n b a e e x p r e s s e d i n t e n s o r or f m .

b u t t h e r e s e rc a h o f d y n a mi c b e n in d g f e a t u r e s i s j u s t s t a r t d e o n, wl 1 i c h i s mo s t l y d u e t

o t h e i￣ c d u l t y o n山e o r y a nd t e s i t n g t e c h n i q u e .R e l e v nt a s t u d i e s s t a r t f r o m t h e wo r k o f S t y l i o s L . .

or f

ma s s,

mo me n u m t

nd a

e n e r g y,

r e s p e c i t v e l y[ 1 1]

a n d mo s t c ur r e nt s t ud ie s re a ba s e d o n t h i s me ho t d.

S o me s t u d i e s o n n u me ic r a l s i mu l a i t o n a l s o h a v e b en

粤+ a f a: o,’ d v i O pi j=pFi+ p p .

(、 1 ) ( 2 )

c a r r i e d o u t .C h e n e t a 1 .u s e d a s h e r a l f e x i b l e s h e l l t h e o r y t o p r e d i c t he t d r a p e o ff a b i r c J .T h e f a b i r c i s c o n s i d e r e d t o b e a c o n i t n u o u s .o r t h o t r o p i c me d i u m a n d t h e i f n i t e e l e me n t mo d e l

o

', ,

( F E M ) t e c h n i q u e i s u s d t e o n u me i r c a l l y s o l v e g o v e ni r n g

e q u a t i o n u n d e r s p e c i a l b o u n d a r y c o n d i t i o n (S BC) i n t he i r wo r k .A s ud t y b y S u mp t e t a 1 . L, J a d o p t e d a s i mp l i i f e d mo d e l o f t e x il t e d r a p e ba s e d on t wo . d i men s i on a l in r g t he o r y t o a na l y z e

d【 i 1 V p f

)+ p d u=

+

+

Ⅱ l e c i r c u l a r g e o me t r y o f t h e d r a p e— me t e r .

Th e r i r e s u l t s i n c l u d e t h e p r di e c t i o n o f ra d p e c o n ig f u r a t i o n s a n d n a e x p l a n a t i O n o f t h e i r n o n u n i q u e n e s s b a s e d o n e n e r g y c o n t e n t . Th e r e we r e a l s o d y n a mi c s i mu l a i t o n s o f f a b i r c.b u t he t wi n d l o a d s we r e mo d e l d e b y s t a t i c o r e v e n r o u g h l y e s i t ma t d e a s u p e r p o s i t i o n o f i l f t v e c t o r nd a ra d g v e c t or . Ka n g e t a 1 .L“ J p r o po s e d n a e f ic f i e nt t e c h ni q ue

蠹 ( A簧 ), ㈥ i s he t v e l o c i t y t e n s o r;

wh e r e t i s he t t i me;P i s t h e d e n s i t y;

p F f i s t h e ma s s f o r c e p e r v o l u me; P f, i s he t s t r e s s t e n s o r;“i s he t i n t e na r l e n e r g y pe r ma s s;T i s he t t e mp e r a ur t e;a n d q i s t he he a t lu f x p e r m a s s . Wh e n t h e t ur bu l e nc e of f lo w i s r e q ui r e d.

fr o he t a n i m a t i o n o f l f e x i b l e hi t n o b i e c t s . a n d he t i n t e r a c t i o n o f l f e x i b l e o b j e c t a n d a i r lo f w wa s c o n s i d e r e d i n he t i r wo r k .A r e s e rc a h b y Ke c k e i s e n e t a 1 . L s h o we d h o w t o i n c o r I ) o r a t e

e f f e c t s o f wi n d ie f l d s i n c l o t h a n i ma i t o n s, a n d t wo mo d e l s b a s e d o n t h e Na v i e r— S t o k e s e q u a t i o n s a nd p a r t i c l e t r a c i n g me t h o d s

a d it d i o n a l t u r b u l e n c e e q u a t i o n s mu s t b e s o l v e d . F o r a n i n c omp r e s s i b l e f lui d wi t h c o ns t a n t d e ns i t y a s s u me d i n t h i s

s i mu l a i t o n,t h e c o n s e r v a i t o n e q u a t i o n s or f ma s s nd a mo me n u m t re a a s f o l l ows .

we r e d i s c u s s e d t o mo d e l f o r c e i f e l d s d e s c i r b i n g a i r mo t i o n . As i s we l l k n o wn he t a e r o d y n a mi c f o r c e s u ro u n d i n g he t

( 4 ) ( 5 )

f a b r i c i s q u i t e c o mp l e x e s p e c i a l l y i n a t u r b u l e n t l f o w i f l e d .W i m

t h e d e v e l o p me n t o f l f u i d . s o l i d i n t e r a c t i o n( F S I )t h e o r y a n d Re c e i v e d d a t e:2 0 1 2 - 0 9- 1 1

F o u n d a i t o n i t e ms: N a t i o n a l Na t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n s o f C h i n a( No .5 0 8 0 3 0 1 0, No .6 0 9 0 4 0 5 6) }Co r r e s p o n d e n c e s h o u l d b e a d d r e s s e d t o L I ANG Zh i y o n g,E- ma i l:z h y l i a n g@ d h u. e d u. c a