基于空间群r3对称性的三维编织材料及其编织方法
【专利摘要】本发明公开了基于空间群R3对称性的三维编织材料及其编织方法，该编织材料编织几何结构为在三维空间延伸编织成的呈连续纱线的结构，编织几何结构中的代表性体积单元中的纱线段满足空间点群C3描述的点的对称性，编织结构整体上呈现将代表性体积单元用空间群R3描述的平移对称操作平移得到的三维空间相互交织在一起的三维编织织物。本发明的编织材料通过对其工艺可行性的研究和对相应三维编织物的纤维体积百分含量进行的预测，获得了比传统三维编织材料纤维体积百分含量更高的新三维编织材料品种，其几何结构更加稳定，对应的复合材料具有比传统三维编织复合材料更好的力学性能。
【专利说明】基于空间群R3对称性的三维编织材料及其编织方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三维编织材料，尤其涉及一种基于空间群R3对称性的三维编织材料。
【背景技术】
[0002]三维编织复合材料以其优异的力学性能得到航空航天、国防和医疗等行业的广泛关注。目前多数研究集中在四步法和二步法两种编织方法。由于受到加工工艺等因素的制约,三维编织复合材料的品种过少、加工效率低和工艺成本高,不利于优化复合材料的性能，在实际工程应用中二步法三维编织复合材料使用不够广泛，要获得综合性能更好的三维编织复合材料，急需开发更多的三维编织工艺，有关新三维编织方法预测的研究工作还处于起步阶段。
[0003]不同晶格结构的晶体表现出不同的性能，采用晶体对称群可以将晶体几何结构进行分类。参照对称群的研究方法，对编织材料的单胞(单胞即为代表性体积单元)几何结构加以归纳研究，根据空间点群和空间群描述的对称操作可推得大量新的三维纱线交叉方法，如中国专利申请公布号CN102041635A以及中国专利申请公布号CN102358990A所公开的编织材料的结构及其编织方法、工艺设备。然而作为新的基于空间群R3对称性的三维编织材料的结构、编织方法的及可行性研究尚未展开。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于空间群R3对称性的三维编织材料，本发明的目的还在于提供上述三维编织材料的编织方法。
[0005]本发明的三维编织材料的技术方案是:基于空间群R3对称性的三维编织材料，该编织材料的编织几何结构 为在三维空间延伸编织成的呈连续纱线的结构，编织几何结构中的代表性体积单元中的纱线段满足空间点群C3描述的点的对称性，编织结构整体上呈现将代表性体积单元用空间群R3描述的平移对称操作平移得到的三维空间相互交织在一起的三维编织织物。
[0006]进一步的，所述空间点群C3群元素为F"。.C，群的生成元为C3z，在三维坐标系xyz中定义z轴为旋转轴，空间点群C3是一个纯旋转对称群，群元素C3z表示绕z轴旋转120° ； C3'表示绕z轴旋转240° ,E = C'表示绕z轴旋转360°或不动；所述满足空间点群C3描述的点的对称性的代表性体积单元，其推导基于空间点群C3的群元素描述的对称操作表达为:
【权利要求】
1.基于空间群R3对称性的三维编织材料，其特在在于:该编织材料的编织几何结构为在三维空间延伸编织成的呈连续纱线的结构，编织几何结构中的代表性体积单元中的纱线段满足空间点群(:3描述的点的对称性，编织结构整体上呈现将代表性体积单元用空间群R3描述的平移对称操作平移得到的三维空间相互交织在一起的三维编织织物。
2.根据权利要求1所述的基于空间群R3对称性的三维编织材料，其特在在于:所述空间点群(:3群元素为，群的生成元为c3z，在三维坐标系xyz中定义z轴为旋转轴，空间点群C3是一个纯旋转对称群,群元素c3z表示绕z轴旋转120° ； <表示绕z轴旋转240° ,E = c表示绕z轴旋转360°或不动；所述满足空间点群C3描述的点的对称性的代表性体积单元，其推导基于空间点群C3的群元素描述的对称操作表达为:
3.如权利要求1所述的三维编织材料的编织方法，由三维编织工艺设备的移动的携纱器进行编织，其特在于:所述移动的携纱器组成基本编织纱线阵列，在编织纱线阵列中，将在编织过程中处于同一轨道的携纱器分为一组而将携纱器分为第一、第二两组，处于同一轨道的携纱器具有相同的运动轨迹，在编织过程中，第一、二组携纱器沿其运动轨迹先后移动一次完成一个编织循环，每组携纱器携带的纱线在三维编织物中的轴线均为直线，只在织物边界处弯曲，第一、二组携纱器携带的纱线在空间分步交叉最终形成三维编织材料的几何结构； 所述第一组携纱器的运动轨迹为六边形，该六边形对边相互平行、邻边夹角均为120°，该六边形的具有三条短边和长度为短边长度四倍的三条长边，所述长边、短边在携纱器移动方向交替相连并围合成所述六边形，所述第一组携纱器移动时绕所述六边形的边移动一周而进行一个所述的编织循环； 所述第二组携纱器的运动轨迹是由六个边长均等于所述六边形的短边边长的正三角形、三条长度均等于所述六边形短边边长两倍的短直线段和三条长度均等于所述六边形短边边长四倍的长直线段构成，所述长三条直线段的中点均与所述六边形的中心重合并以该中心呈辐射状分布并使各长直线段分别与六边形的各长边平行，所述各短直线段的两端点分别与相邻两长直线段的远离所述中心的端点相交、且交点处于所述六边形的相应长边上，所述交点共有六个而在所述六边形的每条长边上分布两个；所述各正三角以其顶点与所述交点一一对应的相交，并且各三角形有一条边与其对应交点处的长直线段的延长线重合、有另外一条边与其对应交点处的短直线段的延长线重合；所述第二组携纱器移动时从第一个正三角形上的起始点开始沿第一个正三角形的边开始经过与第一个正三角形相连的交点、长直线段移动至第二个正三角形的边上，然后沿第二个正三角形的边绕回到第二个正三角形相连的交点、短直线段移动至第三个正三角形的边上，以此类推，第二组携纱器继续经过第四个至第六个正三角形的边及相应的长、短直线段，直至第二组携纱器返回第一个正三角形上的起始 点而进行一个所述的编织循环。
【文档编号】D04C1/06GK103806219SQ201410000978
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】马文锁, 李天兴, 谢建军, 张玲玲, 殷冬冬, 陈凯, 丁磊 申请人:河南科技大学