Numerical Modelling of the Compressional Behaviour of Warp-knitted Spacer Fabrics

Warp-knitted spacer fabrics are successfully introduced in building constructions as a thin sheet component reinforcement for wall panels, exterior siding, roofing tiles, flooring tiles, pressure pipes etc. Their structural advantages support an armature system of highly oriented yarns and easy cement embodiment for the production of a composite. The compression resistance of spacer fabric is a major advantage with respect to the performance and composite manufacturing process. The optimum compression performance of spacer fabrics varies according to the requirements of the application in question. This investigation focused on the prediction of the compression performance by two-scale (micro and macro) mechanical analysis using the Finite Element Method (FEM). Micromechanical analysis of the unit cell of the spacer layer was conducted for the calculation of its compression resistance. The apparent mechanical properties of the outer layers were also evaluated by micromechanical modelling. The respective properties of the outer and spacer layers are introduced in the macromechanical model of the sample for analysis of the complex deformation during simulation of the compression test, thus realising the second stage of modelling. The computational method proposed is evaluated by comparison of the load – displacement curves resulting from the simulation and experimental data of compression. Moreover, the effect of the structural and physical parameters of the sample on the compression resistance was investigated.

---

Osnowowe dzianiny dystansowe w coraz to większym stopniu są wykorzystywane w budownictwie jako cienkie powłoki wzmacniające ściany, panele, konstrukcje dachowe itp. Ich strukturalne zalety pozwalają na użycie ich w postaci kompozytów. Wytrzymałość na ściskanie dzianin dystansowych jest główną zaletą tych struktur. Optymalne rozwiązanie strukturalne tych dzianin zależy od wymagań związanych z ich wykorzystaniem. Prowadzone badania skupiały się na przewidywaniu skuteczności ściskania poprzez mikro i makro mechaniczną analizę przy stosowaniu metody elementów skończonych. Analiza mikro mechaniczna podstawowej komórki warstwy dystansowej została przeprowadzona dla obliczenia jej oporu ściskania. Określano również właściwości warstwy zewnętrznej. Właściwości warstwy zewnętrznej oraz dystansowej zostały wprowadzone do makro mechanicznego modelu próbki dla analizy kompleksowej deformacji podczas symulacji testu ściskania, realizując w ten sposób drugie stadium modelu. Proponowana metoda obliczeń została skorelowana przez porównanie z krzywą ściskania – zależnością siły od przesunięcia. Badano również wpływ strukturalnych i fizykalnych parametrów próbki na opór ściskania.