虚拟功能服装实验

一、实验名称:虚拟功能服装实验

学时数：6学时

面向专业：纺织工程、服装设计与工程

二、实验目的与要求

根据功能服装的具体要求（如泳衣、各种防护服、防爆防弹防刺、沙漠服、月球服和宇宙服）和已具备的纳米技术、纺织力学、仿生科学、数学理论、计算软件，设计原材料的组装、纺丝过程、织物结构和表面处理。

三、现有设备及台套数

Matlab数学软件和Fluent计算流体力学软件

四、实验内容

1.泳衣的虚拟设计

1.1根据分形匹配原理，计算水在埃米尺度下的分形维数；

1.2输入经线和纬线的直径，调整经纬结构，应用MATLAB计算其分形维数；如果织物的分形维数与水的分形维数一致，进入下一步；如果不一致，调整输入参数或经纬结构。

1.3根据确定的经线和纬线的直径,确定纺丝和纺纱工艺。

1.4根据经纬结构确定织造工艺。

2.防爆、防弹和防刺服装虚拟设计

2.1防爆、防弹和防刺的不同力学要求；

2.2爆炸初始阶段动量模拟；

2.3子弹穿过织物数值模拟；

2.4给定织物的摩擦系数，计算摩擦角， 熟悉摩擦自锁现象；

2.5虚拟模拟刺刀或子弹破坏摩擦自锁过程中消耗能量和确定刺刀或子弹的方向改变角度；

2.6根据虚拟实现结果设计服装的具体要求。

3.沙漠服、月球服和宇宙服的虚拟设计

3.1蚕茧结构的了解；

3.2蚕茧热传导方程的选择（微分方程或分数阶微分方程）；

3.3边界条件和初始条件的确定；

3.4变分迭代算法求解；

3.5仿蚕茧结构输入织物层数和各层上纱线的直径和空隙大小，返回3.2.

3.6重复上述过程直到满足要求。

五、代表性实验结果

在日常生活，到处可见两相流，如沙丘的运动和红旗在空气的飘动。沙丘的形状具有最小空气阻力。

在各种运动器件（如飞机机翼、泳衣）的设计中，希望运动器件在流场（如空气）中阻力最小。如何应用自然界的一些现象来设计最小阻力的移动表面不仅具有理论意义，而且具有实际应用价值。

本实验将应用分形配备原理对移动表面进行分析，在流场参数基本不变的情况下，应用分形理论设计具有最小阻力的移动表面；同时我们可以改变流场参数，使得流相的分形维数激烈变化（如在流体中产生大量气泡），从而使得移动表面具有最大阻力，阻碍移动物体的前进。这一原理可以用于阻止导弹或鱼雷接近目标。

本实验将以泳衣研究为目标，分析泳衣表面的分形维数与表面阻力的关系，其成果可以直接应用于各种移动表面设计。

1.水的分形特征

2.分形匹配示意图

3.刺锥穿过织物模拟

4.防爆织物的最小树结构