陈小明 ，李晨阳 ，谢军波 ，张一帆 ，李 皎 ，陈 利

（1.天津工业大学 纺织科学与工程学院，天津 300387；2.天津工业大学 先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津300387；3.天津工业大学机械工程学院，天津 300387）

梳理纤维网[1-2]的数字化建模是进行三维针刺[3-4]成型数值模拟的关键基础，国内外关于数字化生成非重叠随机纤维网已有较多研究，包括Random Sequential Adsorption（RSA）方法[5-9]、改进 RSA[10]、沉积方法[11-13]、Monte Carlo 方法[14-16]、force biased 方法[17-18]、图像重构[19]等。然而这些方法主要用于短纤维和小长径比（≤50）纤维网建模，关于具有大长径比特征的梳理纤维网三维重构的研究报道很少。

本文提出基于Abaqus/Python 的梳理纤维网三维建模方法，包括纤维模型构建、纤维分层生长和纤维整体物理沉积3 方面内容。

1 建模思路

梳理纤维网如图1 所示。

图1 梳理纤维网Fig.1 Carded fiber web

由图1 可知，纤维网在经过梳理之后，网内纤维的形态特征主要呈现出大弯曲纤维和准直线纤维2种状态，且纤维近似面内取向。因此，本文提出针对上述2 种模型叠加梳理纤维网的建模思路，并基于Abaqus/Python 软件平台进行梳理纤维网建模。

基于Abaqus/Python 平台的建模过程分为4 步：

（1）在初始平面内，基于准直线纤维、大弯曲纤维杆单元链模型，自由生长生成纤维；

（2）纤维通过移动、旋转定位至空间非重叠平面上，构建空间纤维网；

（3）对纤维的有限元网格进行自动划分，并且完成对纤维材料属性的赋予；

（4）所有纤维在重力作用下，实现一次性沉积成型，构建梳理纤维网三维模型。

2 纤维模型构建

本研究中的梳理纤维网建模主要包含大弯曲纤维和准直线纤维这2 种纤维类型。……