Delist.ru

Развитие теории формирования и строения ткани на основе нелинейной механики гибких нитей (15.09.2007)

Автор: Степанов Сергей Гаевич

При формировании большинства тканей во время одной из основных технологических операций - прибое уточной нити основные и прибиваемые уточные нити испытывают наибольшее напряжение, в связи с чем исследование взаимодействия основных и уточных нитей в процессе прибоя в зависимости от различных факторов представляет научный интерес и имеет большое практическое значение для технологии ткачества.

Для теоретического исследования взаимодействия основных и уточных нитей в ЗФТ разработана и обоснована система допущений применительно к нити и материалу, из которого она состоит.

На основе нелинейной механики гибких нитей получены математические модели равновесия основной, уточных нитей (в том числе и прибиваемой) в зоне формирования однослойной ткани полотняного переплетения, а также интегральные и геометрические соотношения, их связывающие.

Получена обобщенная нелинейная математическая модель взаимодействия основных и уточных нитей в зоне формирования однослойной ткани полотняного переплетения, из которой при допущении о малости прогибов и пренебрежении скручиванием уточных нитей вытекает как частный случай упрощенная математическая модель, позволяющая определить структурные, геометрические, силовые характеристики нитей основы и утка в ЗФТ при крайнем переднем положении берда.

Разработан экспериментально-теоретический метод определения изгибных жесткостей пряжи и комплексных нитей.

В результате решения упрощенной математической модели взаимодействия основных и уточных нитей в зоне формирования однослойной ткани полотняного переплетения методом конечных разностей определены такие параметры формирования бязи арт. 222 как: количество уточин в ЗФТ (в том числе количество скользящих по основе уточин); натяжения в основной нити у опушки ткани и в уточинах (в том числе и в прибиваемой) при крайнем переднем положении берда; силы давления в вертикальной плоскости между основной и уточными нитями; коэффициенты смятия нитей по вертикали; координаты деформированных осей отрезков основной нити и прибиваемой уточины в ЗФТ, по которым построены кривые, отражающие деформированные оси основной нити и прибиваемой уточины.

На основе решения упрощенной математической модели методом конечных разностей при различных значениях силы прибоя исследовано влияние последней на параметры формирования ткани бязь арт. 222, в частности, установлено, что с увеличением силы прибоя значительно возрастают натяжения основы у опушки ткани и в уточинах (в том числе в прибиваемой) при крайнем переднем положении берда, а также силы взаимного давления между нитями, о чем свидетельствуют графики зависимости перечисленных параметров от силы прибоя.

Решение математической модели методом конечных разностей при различных значениях дозировки утка позволило исследовать влияние последней на параметры формирования ткани. При этом установлено, что с увеличением дозировки незначительно снижаются натяжение основы у опушки ткани и силы взаимного давления между нитями в ЗФТ, существенно уменьшаются натяжения в уточинах, в том числе и в прибиваемой, что подтверждается графиками зависимости этих параметров от дозировки утка.

Исследовано влияние коэффициента трения на параметры формирования ткани на основе решения математической модели при различных значениях этого коэффициента, в результате чего установлено, что при изменении коэффициента трения в заданном интервале параметры формирования ткани изменяются несущественно, что подтверждается графиками зависимости этих параметров от коэффициента трения.

На основе решения математической модели взаимодействия нитей в ЗФТ при различных значениях изгибных жесткостей основной и уточных нитей исследовано влияние этих факторов на параметры формирования ткани, в результате чего установлено, что с увеличением изгибной жесткости основной нити несколько снижается натяжение в основе у опушки и возрастает натяжение в прибиваемой уточине, имеет место существенное увеличение натяжений во второй и третьей уточинах в ЗФТ и сил взаимного давления между этими уточинами и основой, а с увеличением изгибной жесткости утка незначительно возрастают натяжение основы у опушки ткани, силы взаимного давления между нитями и существенно снижаются натяжения в уточинах (особенно сильно в прибиваемой уточной нити), что подтверждается графиками зависимости этих параметров от изгибных жесткостей основы и утка.

Исследовано влияние модуля жесткости утка при растяжении на параметры формирования ткани на основе решения математической модели при различных значениях этого модуля, в результате чего установлено, что с увеличением модуля жесткости утка при растяжении несущественно увеличивается натяжение в основе у опушки ткани, значительно возрастает натяжение в прибиваемой уточине и существенно падает натяжение в двух следующих уточинах, незначительно возрастают силы взаимного давления между нитями, что подтверждается графиками зависимости этих параметров от модуля жесткости утка при растяжении.

Результаты исследования свидетельствуют о существенном влиянии жесткостных характеристик нитей (изгибных жесткостей основы и утка, модуля жесткости утка при растяжении) на большинство параметров формирования ткани и подтверждают необходимость учета этих характеристик, а также указывают на ограниченность использования формулы Эйлера для идеальной нити при исследовании взаимодействия нитей в ЗФТ.

Получены кривые изменения силы прибоя, натяжений в уточинах, сил взаимного давления между нитями в течение времени прибоя (при этом первая из них хорошо согласуется с осциллограммой силы прибоя), вскрыты причины снижения натяжений во второй и третьей уточинах и сил взаимного давления между этими уточинами и основой в течение времени прибоя.

Выявлены причины и предложены объяснения поведения параметров формирования ткани в зависимости от изменения коэффициента трения, изгибных жесткостей основной и уточных нитей, модуля жесткости утка при растяжении, дозировки.

Для подтверждения достоверности разработанной теории формирования ткани проведен сравнительный анализ расчетных и существующих экспериментальных данных по параметрам формирования ткани, выполнен комплекс экспериментальных исследований на станке СТБ-2-180. Полученные результаты теоретического исследования достаточно близки к экспериментальным данным, что подтверждает достоверность предложенной теории формирования ткани.

Разработана новая конструкция тормоза навоя ткацкого станка для обеспечения необходимого режима отпуска и натяжения основы при выработке тяжелых тканей.

Разработана методика автоматизированного расчета, прогнозирования параметров формирования ткани и исследования влияния на них различных факторов, в основу которой положена предлагаемая теория формирования ткани.

На основе нелинейной механики гибких нитей получены математические модели для расчета параметров строения однослойных тканей полотняного переплетения с одинаковой линейной плотностью и структурой нитей в пределах каждой из систем (основная и уточная системы нетей).

Разработана расчетная модель и на её основе получена нелинейная математическая модель для расчета параметров строения технических тканей с разной линейной плотностью и структурой нитей в пределах каждой из систем, к которым относятся ткани типа ТОПАС (ткань ориентированная, полиамидная, армированная стеклонитью), используемые в производстве термопластичных композиционных материалов.

Получено основное геометрическое соотношение (условие совместности прогибов) для тканей саржевого, сатинового и атласного переплетений.

Разработаны расчетные модели и на их основе при использовании положений нелинейной механики гибких нитей получены обобщенные математические модели для расчета параметров строения тканей саржевого, сатинового и атласного переплетений при любом раппорте и любой плотности нитей по основе и утку.

На основе разработанной теории строения ткани полотняного переплетения исследовано строение бязи арт. 222 в различных зонах станка в момент заступа (в опушке, у грудницы, на товарном валике), рассчитаны параметры строения стеклокапроновой ткани ТОПАС–2 для производства термопластичных композиционных материалов, выполнены расчет и проектирование высокопрочной технической ткани из сверхвысокомодульных термостойких нитей для армирования пластмасс.

На основе разработанной теории строения тканей саржевого, сатинового и атласного переплетений определены формы осевых линий нитей и высоты волн их изгиба в хлопчатобумажных тканях саржа 1/3 и сатин 5/2.

Расчетные параметры строения тканей полотняного, саржевого и сатинового переплетений хорошо согласуются с опытными данными, что подтверждает достоверность разработанной теории строения тканей главных переплетений.

Основные результаты настоящей диссертационной работы прошли опытно – промышленную апробацию и внедрены на научно – производственном объединении «КОНВЕРСИПОЛ», г. Иваново, где используются: методика и пакет программ для автоматизированного расчета и прогнозирования параметров формирования тканей; методика и пакет программ для автоматизированного расчета и проектирования тканей. Указанные методики использованы при создании новых технических тканей – высокопрочных тканей на основе СВМ нитей, тканей с большим наполнением волокнистым материалом, термостойких тканей на основе стеклонитей, которые предназначены для оборонного комплекса. В условиях НПО «КОНВЕРСИПОЛ» внедрение разработок привело к существенному сокращению времени на расчет и проектирование новых технических тканей, экономии сырья за счет увеличения точности расчета и проектирования этих тканей.

ПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии

Степанов, Г.В. Теория строения ткани [Текст]/ Г.В. Степанов, С.Г. Степанов. – Иваново: ИГТА, 2004.– 492 с.

Статьи

Степанов, Г.В. Взаимосвязь между коэффициентом фазы строения ткани и натяжением нитей [Текст]/ Г.В. Степанов, С.Г. Степанов // Разработка и совершенствование технологии и оборудования ткацкого производства: сб. науч. тр. / ИГТА. – Иваново, 1988. – С. 92 – 98.

Чистова, И.Н. Взаимосвязь нитей основы и утка в тканях полотняного переплетения [Текст]/ И.Н. Чистова, С.Г. Степанов // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. –1997. – № 1. – С. 44 – 48.

Степанов, С.Г. Уточный тормоз станка СТБ [Текст]/ С.Г. Степанов, А.А. Кочетов // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. –1998. – № 6. – C. 54–57.

Степанов, С.Г. Описание геометрии нити в ткани с помощью рядов Фурье [Текст]/ С.Г. Степанов, А.А. Кочетов // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. –1999. – № 2. – С. 56 – 58.

Степанов, С.Г. Равновесие нитей в тканях саржевого переплетения [Текст]/ С.Г. Степанов, Г.В. Степанов, А.Б. Евглевская // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. –2000. – № 1. – С. 53–57.

Степанов, С.Г. Равновесие нити в ткани [Текст]/ С.Г. Степанов, А.Х. Салихова, Г.В. Степанов // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. – 2000. – № 4. – С. 52 – 56.

Степанов, С.Г. Уработка нитей в сатинах [Текст]/ С.Г. Степанов, А.Х. Салихова, Г.В. Степанов // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. – 2000. – №5. – С. 51 – 56.

Степанов, С.Г. Натяжение нити в ткани [Текст]/ С.Г. Степанов, А.Х. Салихова, Г.В. Степанов // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. – 2001. – №6. – С. 36 – 40.

Степанов, С.Г. Натяжение нити в тканях главных переплетений [Текст] / С.Г. Степанов, А.Х. Салихова, Г.В. Степанов // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. – 2002. – №1. – С. 38 – 43.

Степанов, С.Г. Динамика прибоя утка [Текст]/ С.Г. Степанов, Г.В. Степанов // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. – 2002. – № 2. – C. 54–57.

Степанов, С.Г. О прибое утка [Текст]/ С.Г. Степанов, Н.М. Сокерин, Г.В. Степанов // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. – 2002. – № 3. – C. 41– 45.

загрузка...