СТВОРЕННЯ ВІТРОЗАХИСНИХ МЕТАТЕКСТИЛЬНИХ СТРУКТУР МЕТОДАМИ АДИТИВНОГО ВИРОБНИЦТВА

Анотація

У статті розглянуто перспективи створення вітрозахисних метатекстильних структур методами адитивного виробництва. Обґрунтовано доцільність використання просторових комірчастих структур із повторюваних вузлових елементів та криволінійних з’єднувальних ланок для керування проходженням повітряного потоку. Проаналізовано вплив геометрії, пористості, товщини структурних елементів, кількості шарів та їх просторової орієнтації на аеродинамічний опір метатекстильної структури. Для дослідження процесів вітропроникнення запропоновано використання CFD-моделювання в програмному середовищі SimScale, що дає можливість визначати поля швидкості та тиску, перепад тиску, локальні характеристики повітряного потоку та коефіцієнти його зниження. Проведено чисельне дослідження чотирьох варіантів просторових структур за однакової вхідної швидкості повітря 5 м/с. Встановлено, що найбільше зниження швидкості повітряного потоку — 60 % — забезпечує структура з пружними криволінійними з’єднаннями, для якої коефіцієнт зниження тиску становить 0,280. Показано, що параметричне проєктування та адитивне виробництво створюють можливості для формування метатекстильних матеріалів із диференційованими вітрозахисними властивостями. Запропонований підхід може бути використаний для розроблення легких, гнучких і функціональних елементів одягу з локально керованим рівнем захисту від вітрового впливу.

The article examines the prospects of creating wind-protective metatextile structures using additive manufacturing methods. The feasibility of using spatial cellular structures consisting of repeated nodal elements and curved connecting links to control airflow is substantiated. The influence of geometry, porosity, thickness of structural elements, number of layers, and their spatial orientation on the aerodynamic resistance of metatextile structures is analyzed. Computational fluid dynamics (CFD) modeling in the SimScale software environment is proposed for studying airflow penetration, enabling the determination of velocity and pressure fields, pressure drop, local airflow characteristics, and flow reduction coefficients. A numerical study of four variants of spatial structures was performed at an identical inlet air velocity of 5 m/s. It was established that the structure with elastic curved connections provided the greatest reduction in airflow velocity, reaching 60%, while its pressure reduction coefficient was 0.280. The results demonstrate that parametric design and additive manufacturing provide opportunities for developing metatextile materials with differentiated wind-protective properties. The proposed approach can be applied to the development of lightweight, flexible, and functional clothing elements with a locally controlled level of protection against wind exposure.