关键词：立体周期结构织物;;簇绒地毯;;频响特性;;建模仿真
摘 要：目前,具有频率选择特性的周期结构多以金属材料作为结构单元,存在材质硬、质量重、加工灵活性差等问题。常规的纺织材料属于“透波材料”,对电磁波的传播影响较小。随着纺织技术的迅速发展,金属(化)纤维技术和纺织加工技术日益成熟,使得制备具有电磁功能的立体周期结构织物成为可能。相比平面周期结构频率选择织物(2D FSF),立体周期结构频率选择织物(3D FSF)在尺寸上具有三维的设计空间,增加设计维度、减小结构单元尺寸;相比普通金属材质的立体频率选择表面(3D FSS),具有轻质、便利以及其他材料难以达到的柔性。本课题基于立体周期结构和纺织加工技术的研究,采用不锈钢/棉混纺纱线作为导电材料、普通纱线或织物作为介质材料,通过簇绒地毯加工技术,制备兼具频率选择电磁特性和轻质、柔软纺织材料性能的立绒3D FSF地毯样品,并对其进行多尺度结构分析,系统性探究了导电固结单元、周期导电结构单元、制备方式等因素对频响特性的影响。最后,通过仿真模拟验证了制备U型立绒3D FSF的可行性。主要内容如下:(1)3D FSF的多尺度结构及特征研究。分析3D FSF的多层次结构,提出多尺度特征:导电纱线(CY)——导电固结单元(CFSU)——周期导电结构单元(PCSU)——周期结构单元(PSU)——3D FSF。各尺度参数均会对频响特性产生影响,如CY中金属纤维的种类含量、纱线的细度,CFSU的结构、长度、间距,PCSU的形状、长度等。(2)3D FSF的多尺度频率响应特征研究。分别采用手工制备模型样品、电动织枪制备地毯样品以及威尔顿地毯织机制备地毯样品,探究多尺度结构中各参数对立绒立体不锈钢样品织物频响特性的影响。研究表明,不锈钢含量或纱线细度越大,谐振现象越明显;相同尺寸、不同CFSU结构的U型与圈绒样品的谐振频率接近,但圈绒样品具有更小的谐振峰值、更大的谐振半峰宽;圈绒间距b的增加导致圈绒样品谐振带宽增大;随着PCSU长度L的增加,谐振频率减小、谐振峰半峰宽变大;PCSU长度相同时,PCSU中U型或圈绒个数越少,织物的谐振峰值越小、频率选择效果更加显著;相同PCSU尺寸、不同PCSU类型的3D FSF具有不同的谐振现象。具有频率选择特性的威尔顿双层地毯织物,上层地毯谐振现象不明显,下层地毯对电磁波传播具有一定的阻碍作用且在某些频段出现谐振现象;绒毛任意方向倾斜对威尔顿织机制备的3D FSF的频响特性影响不大。(3)3D FSF的三维建模仿真研究。通过HFSS电磁仿真软件,建立U型绒样品几何模型,分析单元材料电磁参数、结构尺寸等因素对频响特性的影响,得到了与实物样品类似的结论。且简单结构的PCSU简化成几何模型进行仿真的误差较小,复杂结构的PCSU简化成简单几何模型仿真的误差较大。
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