Solidworks软件在“针织物组织与结构设计”课程教学中的应用

周 琪

(湖南工程学院 纺织服装学院，湖南 湘潭 411101)

“针织物组织与结构设计”是一门以不同纬编针织物组织与结构设计为主要内容的实践性课程。该课程要求学生掌握不同纬编针织物组织结构，培养学生基于功能对纬编针织物组织结构进行设计和表达的能力。目前在课程教学时，主要通过学生进行拆样分析，在实验报告中对纬编针织物组织进行结构表达。以往纬编针织物教学中对组织结构的表达多选用三角配置图、花型意匠图、纱线排列图等较为简单的方式，很少绘制直观、复杂的线圈结构图，主要原因是手绘纬编针织物组织结构耗时多，且尚未有用于绘制纬编针织物组织结构的绘图软件。笔者利用Solidworks软件绘制纬编针织物组织的线圈结构图并用于“针织物组织与结构设计”课程教学，将纬编针织物组织结构清晰地展示给学生，帮助学生理解和掌握每一种纬编针织物组织的结构特点，为学生设计和开发不同的纬编针织物提供理论基础。

一、 纬编针织物线圈模型的构建

为了从理论上分析纬编针织物的结构，了解不同纬编针织物的组织结构特点，首先建立纬编针织物的线圈模型，为用计算机软件绘制纬编针织物的线圈结构提供基础。目前，国内外用于纬编针织物结构建模的主要有Pierce线圈建模理论、分段函数线圈建模理论及B样条曲线线圈建模理论。在用Solidworks软件绘制纬编针织物的组织结构图时，主要利用样条曲线线圈模型的理论基础。在Solidworks软件中有Bezier和B样条两种曲线线圈模型。

1. Bezier曲线线圈模型

Bezier曲线是一种非常自由的曲线，通过改变其控制点的位置和权重就能改变线条的形状。相对于传统的直线和圆弧相组合来表达曲线的方式，Bezier曲线绘制的线圈精度要高得多[1]。

根据Bezier曲线的数学表达式，可获得一次、二次及更高次数的Bezier曲线。所用Bezier曲线表达式的次数越高，能表达曲线的复杂程度也越高，获得的Bezier曲线更加逼近各控制点。图1为Solidworks软件中采用Bezier曲线绘制的单个线圈图。

图1 利用Bezier曲线绘制的单个线圈

2. B样条曲线线圈模型

B样条曲线拟合应用于绘制离散数据点的变化趋势，一般采用数据逼近或者迭代的方法得到，是图像处理和逆向工程中的重要内容[2]。B样条曲线作为Bezier曲线的一般化，既保留了Bezier曲线的优点，又增强了可局部修改的特性，可方便解决连续性的拼接问题，实现曲线的重建[3]。根据B样条曲线的数学表达式，通过改变曲线曲率改变控制点的坐标向量，改变B样条曲线的大小和控制点的逼近效果。在Solidworks软件中B样条曲线分为B样条(3)、B样条(5)及B样条(7)三种，图2为Solidworks软件中以3种不同B样条曲线绘制的单个线圈。

(a) B样条(3)(b) B样条(5)(c) B样条(7)图2 利用B样条曲线绘制的单个线圈

二、 用Solidworks软件绘制纬编针织物组织结构图

从图1和图2可以看出，B样条曲线绘制的线圈效果更加逼近实际线圈形状，其中以B样条(7)曲线最优，因此，本文采用Solidworks软件绘制纬编针织物的组织结构图都基于纬编针织物的B样条(7)曲线模型。用Solidworks软件绘制纬编针织物的组织结构图包括单个线圈草图绘制、组织结构串套和特征扫描。下面以纬平针织物组织为例，用Solidworks软件完成结构图绘制。

1. 单个线圈草图绘制

绘制单个线圈需根据纬编针织物的组织结构确定单个线圈的大小和形状，以形成组织结构串套时表达良好的空间关系。单个线圈的大小和形状可选择不同曲率的B样条曲线进行绘制。纬平针织物的组织结构比较简单，在绘制单个线圈草图时选用B样条(7)曲线，图3为绘制的纬平针织物单个线圈草图。

图3 利用B样条(7)曲线绘制的单个线圈

2. 组织结构串套

用Solidworks软件绘制纬编针织物组织结构图的重点和难点是找准线圈与线圈之间的位置关系。在Solidworks软件中，通过建立三维空间中平行、重叠、交叉等关系的不同基准面来实现纬编针织物组织中串套、交叉等结构。用Solidworks软件绘制纬平针织物组织结构图，需建立与线圈横列数量相同的基准面。本文以3个横列为例，建立3个基准面作为表达不同横列线圈的串套和交叉，如图4所示。

图4 利用B样条(7)曲线绘制的组织结构串套

3. 特征扫描

在通过建立不同基准面绘制了纬编针织物组织结构的草图后，线圈与线圈之间整体呈现的是平面效果。对纬编针织物组织结构草图进行特征扫描，能加强不同基准面绘制线圈的串套、交叉等关系的立体效果，真实地展现纬编针织物的三维组织结构。在Solidworks软件中对上述绘制纬平针织物组织结构图进行特征扫描，如图5所示，不同线圈横列间圈干、圈柱的前、后覆盖准确地表达了纬平针织物组织的工艺正面和工艺反面。

(a) 工艺正面(b) 工艺反面图5 纬平针织物的三维组织结构

通过上述方法，Solidworks软件可以绘制更加复杂的纬编针织物的组织结构，如罗纹组织、添纱组织、衬垫组织等，如图6所示。

(a) 1+1罗纹添纱组织(b) 平针添纱组织

三、 用Solidworks软件绘制纬编针织物的组织结构在教学中的应用

让学生学习和掌握纬编针织物的组织结构是针织专业课程教学的重要目标。用Solidworks软件绘制纬编针织物组织结构可应用在课前、课中及课后环节，以促进学生快速和牢固地掌握纬编针织物组织结构。

(1) 在课程开始前，将下一节课涉及的纬编针织物组织结构图绘制出来，结合教材内容以及相关辅助资料，要求学生总结组织结构中线圈的位置关系、绘制组织结构的方法等。使学生有目的、带任务地预习下一节课程内容，同时为学生的课程平时成绩评定提供依据。

(2) 在课程教学中，结合组织结构的三角图、排纱图用Solidworks软件画出对应位置的线圈，逐步地演示喂入每一根纱线的成圈过程，并展现不同横列之间的串套、交叉关系，形象生动地表达了教学内容中的抽象概念，如工艺正面、衬纬、衬垫等。用Solidworks软件绘制纬编针织物组织结构的过程，清晰地解剖了纬编针织物的组织结构，为学生学习纬编针织物的功能与应用打下了坚实的基础，同时为学生设计和开发不同纬编针织物组织提供了理论支撑。

(3) 在课后作业中，要求学生采用Solid-works软件绘制纬编针织物的组织结构图，以检验学生对每种纬编针织物组织的掌握情况；也可提出纬编针织物的功能要求，要求学生通过创新设计绘制不同纬编针织物的组织结构图，使学生能够举一反三，拓展应用所学知识。

四、 结语

将Solidworks软件应用于“针织物组织与结构设计”课程教学，丰富了课程的教学内容，提高了教学效果，提升了专业的应用价值，增强了学生的实践能力，是一种值得推广的教学方法。