автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Аналитические системы и соотношения для прогнозирования строения, анализа и расчета тканей заданных характеристик

ВВЕДЕНИЕ f 1. ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

1.1 Формирование и строение ткани

1.2 Уработка нитей основы и утка в ткани 33 Выводы 42 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ ТКАНИ

2.1. Обобщенная математическая модель строения ткани

2.2. Частная система уравнений

2.3. Прогиб нити при действии распределенных нагрузок 54 Выводы

3. АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НИТЕЙ В TKAI1И

3.1. Решение задачи натяжения нити в ткани

3.2. Факторы, определяющие натяжение нити в ткани

3.3. Анализ взаимодействия нитей в ткани 99 3.4 Экспериментальная часть

3.4.1 Описание эксперимента

3.4.2 Расчет количества опытов 115 Выводы

4. УРАБОТКА НИТЕЙ В ТКАНИ

4.1. Уработка нитей в ткани полотняного переплетения

4.2. Уработка нитей в сатинах

4.3.Сравнительный анализ формул для расчета уработки нитей в ткани

Выводы

Вопросам проектирования ткани, прогнозированию ее строения, исследованию взаимного расположения нитей в ткани посвящено довольно большое количество работ. Но в основном авторы этих публикаций дублируют основные положения теории проф. Н.Г. Новиков [1]. Несколько иной подход к изучению строения ткани приводится в данной диссертационной работе.

Актуальность темы исследования. Положение нитей в ткани зависит от многих факторов. Наиболее существенными из них являются плотность ткани по основе и утку, линейная плотность основных и уточных нитей, а также жесткостные характеристики последних. Оказывает влияние на геометрию нитей и их натяжение, которое они получают в процессе форм11рования ткани на станке. Взаимное расположение нитей основы и

4: утка, возникающее в период формирования ткани, изменится после снятия ткани со станка. Геометрия нитей в этом случае будет определяться жесткостными характеристиками нитей и их силовым взаимодействием между ними. Предлагаемые в настоящей работе аналитические системы открывают перспективные возможности в проектировании и исследовании строения ткани с учетом внутреннего силового взаимодействия нитей основы и утка и их жесткостных характеристик. В этом заключается актуальность работы.

Ь Цель и задачи исследования. Целью исследования является обоснование и получение математических моделей и соотношений для прогнозирования строения, анализа и расчета тканей заданных характеристик.

Для достижения поставленной цели ставятся и решаются следующие задачи:

- рассматривается силовое взаимодействие нитей в тканях главных переплетений при действии на нити сосредоточенных и распределенных нагрузок;

- обосновывается получение математических моделей строения ткани;

- решается задача определения прогиба нити в тканях полотняного, саржевого и сатинового видов переплетения;

- обосновывается и приводится решение задачи по расчету натяжения нити в ткани, снятой со станка;

- выводятся аналитические соотношения для нахождения высоты волны изгиба нитей в тканях главных переплетений;

- разрабатывается методика применения рядов Фурье для расчета уработки основных и уточных нитей в тканях полотняного переплетения и сатин 5/2.

Методы исследования. В работе использов&чись основные положения прикладной математики, специальные функции, методы решения неоднородных дифференциальных уравнений четвертого порядка, основные положения и формулы из механики материалов.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры и специальных устройств. Обработка результатов эксперимента выполнена с применением методов математической статистики и ПЭВМ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- получены математические модели строения тканей главных переплетений, которые позволяют решать задачи силового взаимодействия нитей в ткани, нахождения ее структурных характеристик.

- теоретически определено влияние распределенных нагрузок на величину изгиба нитей основы и утка в ткани переплетения саржа 2/1;

- решена задача по определению натяжения нити в ткани, снятой со станка. Получены обобщенные формулы для расчета натяжения основной и уточной нитей в тканях главных видов переплетений;

-получены аналитические соотношения расчета высоты волны изгиба нитей с учетом изгибной жесткости и внутренних силовых нагрузок для тканей полотняного переплетения, саржа 2/1 и сатин 5/2;

- разработана методика расчета уработки основных и уточных нитей с использованием рядов Фурье в тканях полотняного и сатинового видов переплетений

Практическая значимость работы. Выведенные на основе полученных математических моделей строения ткани аналитические соотношения по определению структурных параметров строения ткани с учетом жесткостных и силовых характеристик, методика расчета уработки нитей в ткани с использованием рядов Фурье позволяют получить наиболее близкие к фактическим расчетные показатели. Практическое применение основных теоретических результатов данной работы дает возможность сократить время, затрачиваемое на процесс проектирования ткани, более точно определить расход сырья на выработку ткани, особенно это важно, если разрабатывается новый ассортимент.

Поэтому основные положения диссертационной работы рекомендуется использовать работникам текстильных предприятий при проектировании строения ткани и ее анализе, а также в учебном процессе при изучении студентами специальных дисциплин.

Апробация работы. Материалы по теме диссертации доложены и получили положительную оценку на следующих конференциях:

- межвузовских научно - технических конференциях аспирантов, магистров и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой гцэомышленносги» (Иваново-2000,2001,2002);

- международных научно- технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Иваново-2000,2001,2002);

- межвузовской научно - технической конференции молодых ученых и студентов (Кострома - 2001, 2002).

Содержание представленных докладов опубликовано в тезисах вышеперечисленных конференций.

Публикации. Основные результаты выполненных исследований представлены в статьях, опубликованных в журнале «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», в тезисах докладов на научно - технических конференциях.

Промышленная апробация. На основе соотношений, полученных в диссертационной работе, был произведен расчет трех вариантов технических тканей военного назначения. На научно-производственном объединении «КОНВЕРСИПОЛ» г. Иванова опытные образцы тканей прошли проверку, которая показала хорошую сходимость результатов расчета с фактическими показателями, характеризующими ткань.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, обобщенных выводов и рекомендаций. Список литературы включает 84 источника. Работа содержит 172 страницы машинописного текста, 35 рисунков и 22 таблицы, 9 Приложений. Общий объем работы составляет 182 страницы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Получена обобщенная, нелинейная математическая модель строения однослойной ткани, которая применима для любых прогибов нити, и позволяет определить структурные, геометрические и силовые характеристики взаимодействия нитей в ткани.

2. На основе общей модели выведена частная модель для малых прогибов нити, приведенная к линейным неоднородных дифференциальным уравнениям четвертого порядка, которую можно использовать и при решении задач большого прогиба нити с погрешностью, не превышающей 15%.

3. Решена задача прогиба нити в тканях главных переплетений с учетом действия как сосредоточенных сил, так и распределенных нагрузок; получены формулы для вычисления высоты волны нити, в основу которых положен силовой фактор. Высота волны изгиба нитей в тканях главных переплетений и отдельных производных зависит от жесткостных характеристик нитей, раппорта переплетения, плотностей ткани по основе и утку.

4. Аналитически доказано наличие натяжения нитей в «свободной» ткани, направленного противоположно тем нагрузкам, которым они подвергались на станке. Нити работают на сжатие ткани, что и определяет ее усадку как по основе так и по утку; получена обобщенная формула для расчета натяжения нити.

5. Проведен анализ взаимодействия нитей в ткани: при всех прочих равных условиях наиболее напряженно нить работает в тканях полотняного переплетения.

6. Приведена методика использования рядов Фурье при определении уработки основных и уточных нитей. Сравнительный анализ показателей уработки, рассчитанных по существующим формулам и по формулам на основе рядов Фурье, показал, что применение последних приводит к результатам, близким к фактическим.

7. Применение полученных математических моделей и расчетных соотношений на стадии проектирования ткани позволило спрогнозировать строение тканых структур военного назначения, отвечающих реальным характеристикам, что и отражено в акте промышленной апробации работы.

1. Н.Г. Новиков. О строении ткани и проектировании ее с помощью геометрического метода.// Текстильная промышленность. 1946 -№№ 2,4-6.

2. Ф.М. Розанов и др. Строение и проектирование тканей. М., Гизлегпром, 1953.

3. В.И. Смирнов. Теоретические исследования строения ткани полотняного переплетения. М., Ростехиздат, 1961.

4. Э.А. Оников, В.А. Светлицкий. Расчет показателей физико-механических свойств хлопчатобумажных суровых тканей по их заправочным расчетам.// Научно-иследовательские трудыЦНИХБИ за 1963 г. М., Легкая индустрия, 1965.

5. В.П. Склянников. Определение порядка фазы строения тканей полотняного переплетения экспериментальными методами.// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1966. -№6.

6. В.П. Склянников. О методике исследования строения тканей саржевых и других переплетений.// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1967. 3.

7. В.П. Склянников. Оптимизация строения и механических свойств тканей из химических волокон. М., Легкая индустрия, 1974.

8. В.П. Склянников. Строение и качество тканей. М, Легкая и пищевая промышленность, 1984.

9. Н.В. Васильчикова. Расчет уработки нитей в ткани.//Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1967 - №5.

10. Ф.М. Розанов, В.Б. Корсакова. Формирование пальтовых тканей драповой группы.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. -1970-№5.

11. Н.Х. Уразов. Строение и проектирование тканей. Ташкент, Учитувчи, 1971.

12. Н.Х. Уразов. Проблемы оценки строения и износостойкости хлопчатобумажных тканей. Автореферат дис. докт. техн. наук. -Л., 1980.

13. Н.Х. Уразов. Коэффициент строения ткани.// Текстильная промышленность. 1988.

14. К.Г. Алексеев. О новых методах расчета уработок в тканях основных простых ткацких переплетений.// Текстильная промышленность. — 1973 №4.

15. В.Н. Васильченко. Уравнение равновесия основной нити в зоне формирования ткани.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1978-№5.

16. С.Г. Керимов, Е.Д. Ефремов. К вопросу теории фазового строения тканых изделий.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. -1967-№5.

17. П.Т. Букаев. Определение параметров элемента ткани полотняного переплетения.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1984-т.

18. П.Т. Букаев. Оптимизация процесса ткачества на бесчелночных станках. М., Легпромбытиздат, 1990.

19. Е.Д. Ефремов, Д.Е. Ефремов, В.А. Воронин. Зависимость между строением ткани и натяжением нитей основы и утка // Межвузовский сборник научных трудов ИвТИ. 1984.

20. Г.В. Степанов. С.Г. Степанов. Взаимосвязь между коэффициентом фазы строения ткани и натяжением нитей.// Межвузовский сборник научных трудов ИвТИ. ИХТИ, 1988.

21. Д.Е. Ефремов, Билат Махмуд. Параметры строения ткани при овазыюм поперечном сечении нити.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1989. - №2.

22. Д.Е. Ефремов, Е.Д. Ефремов. Геометрические характеристики строения ткани при «стадионной» форме поперечных сечений нитей.// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности 1989 №4.

23. Д.Е. Ефремов, Т. Амаржаргален. Использование параболы в геометрии элемента ткани.//Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.-! 989-№5.

24. В.В. Чугин. Энергетический анализ структуры однослойной ткани.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1990 - №4.

25. В.В. Чугин. Энергетический анализ структуры однослойной ткани.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1990. -№5.

26. Ж.В. Мельяченко. С.Д. Николаев. Взаимосвязь технологических параметров ткачества и параметров строения вырабатываемых тканей.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1991. - №1.

27. Г.В. Степанов. Математическая модель строения ткани.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1991. -№5.

28. Ю.Ф. Ерохин. В.А. Синицын и др. К вопросу определения некоторых параметров строения ткани.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1992 -№6.

29. Ю.Ф. Ерохин, С.Д. Николаев и др. О взаимосвязи технологических парметров заправки ткацкого станка с параметрами строения ткани.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1993 - №1.

30. Е.Г. Васильева, Ю.Ф. Ерохин и др. Влияние натяжения нитей на параметры строения ткани.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1998. -№3.

31. В.А. Синицын. Разработка теоретических основ проектирования узорчатых тканей с переменной плотностью, технологий и средств их изготовления. Дис. . докт. техн. наук. — Иваново, 1998.

32. С.В. Ямщиков., В.Н. Аносов. Взаимодействие основных и уточных нитей в зоне формирования ткани.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1992 -№6.

33. Г.В. Степанов. Геометрия осевой линии нити.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1994 - №6.

34. СД. Николаев. Прогнозирование изготовления тканей заданного строения. М.; МТИ, 1990.

35. С.Д. Николаев, П.В.Власов и др. Теория процессов, технология и оборудование ткацкого производства. М., Легпромбытиздат, 1995.

36. С.С. Юхин, С.А. Цыцилина. Метод расчета параметров строения тканей.// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1996. - №3.

37. С.С. Юхин, С.А. Цыцилина. Теоретический расчет параметров строения высокоплотных тканей с использованием нелинейной теории изгиба.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1997 -№1.

38. И.Н. Чистова, С.Г. Степанов. Взаимосвязь нитей основы и утка в тканях полотняного переплетения.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1997 -№1.

39. Г.В. Степанов. Обобщенная математическая модель строения ткани.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1992 - №1.

40. С.Г. Степанов, А.Б. Евглевская, Г.В. Степанов. Равновесие нити в ткани.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 2000. - №1.

41. М.Н. Никитин. Проектирование ткани. М., Ростехиздат, 1961.

42. Н.С. Еремина. Метод расчета показателей физико-механических свойств хлопчатобумажных суровых тканей по их заправочным расчетам.// Научно-исследовательские труды ЦНИХБИ за 1963 г. М., Легкая индустрия, 1965.

43. Н.В. Васильчикова. Некоторые вопросы уработки нитей в ткачестве.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1967 -№4.

44. Л.А. Черникина. Проектирование шерстяных костюмных тканей по основным параметрам их строения. Автореферат дис. . канд. техн. наук. -М., 1972.

45. Л.А. Черникина. Определение уработки в ткани.// Сборник научных трудов МТИ, 1973.

46. А.А. Мартынова, JI.A. Черникина. Лабораторный практикум по строению и проектированию тканей. М, Легкая промышленность, 1976.

47. С.Г. Керимов. Расчет уработки и усадки нитей в тканых изделиях.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1967 - №5.

48. Г.П. Зубащенко, В.И. Васильченко. Влияние строения ткани полотняного переплетения из полушерстяной пряжи на ее уработку.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1984 - №3.

49. С.С. Юхин, Е.А. Юхина. Методика расчета уработки нитей.// Текстильная промышленность. 1990.-№8.

50. С.С. Юхин, Е.А. Юхина. Методика расчета уработки нитей по параметрам заправки ткани на станке.// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1994 - №2.

51. Г.В. Степанов. О геометрической форме осевой линии нити в элементе ткани.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. -1993-№4.

52. В.А. Синицын. Методика расчета уработки нитей в ткани с эффектом равномерной и переменной плотности.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1996 - №6.

53. С.Ю. Воронин, Р.В. Быкадоров, В.А. Семеновых. Расчет нормативного значения уработки основы на ткацком станке.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1999 - №1.

54. Н.Р. Перова, С.Г. Степанов. Расчет уработки с использованием рядов Фурье.// Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Прогресс 2000». - Иваново, 2000.

55. А.А. Кочетов. Разработка и получение декоративных технических тканей специального назначения. Дис. . канд. техн. наук. Иваново, 2000.

56. В.А. Светлицкий. Механика гибких стержней и нитей. М., Машиностроение. -1978.

57. И.И. Мигушов. Механика текстильной нити и ткани. М., Легкая индустрия, 1980.

58. И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. Справочник по математике. М., Наука, 1986.

59. П.Г. Королев. Справочник по сопротивлению материалов. Киев, Вища школа, 1974.

60. С.П. Тимошенко, Дж. Гере. Механика материалов. М., Мир, 1976.

61. И.Н. Чистова. Тканые полуфабрикаты для получения композиционных термопластов и изделий на их основе. Дис. . канд. техн. наук. Иваново, 1997.

62. Ю.С. Виноградов. Математическая статистика и ее применение в текстильной и швейной промышленности. М., 1969.

63. В.Б. Тихомиров. Планирование и анализ эксперимента (при проведении исследований в легкой и текстильной промышленности). М., Легкая индустрия, 1974.

64. А.Г. Севостьянов. Методы и средства исследования механико-технических процессов текстильной промышленности. М., Легкая индустрия, 1980.

65. Н.Ф. Сурнина. Проектирование ткани по заданным параметрам. М., Легкая индустрия, 1973.

66. М.С. Губерман. Совершенствование процессов прокладывания уточной нити на ткацких станках АТПР и СТБ. Иваново, ИГТА, 1999.

67. П.Т. Букаев и др. Хлопкоткачество: Справочник. М., Легпром-бытиздат, 1987.

68. Л.С. Бугров, С.М. Никольский. Высшая математика. Дифферен-циазьное и интеграчьное исчисление. М., Наука, 1988.

69. С.Г. Степанов, А.А. Кочетов. Описание геометрии нити в ткани с помощью рядов Фурье.// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1999. -№2.

70. Сашхова А.Х., Степанов Г.В. Уработка основных и уточных нитей// Молодые ученые развитию текстильной и легкой промышленности

71. Поиск-2000): Тез. докл. межвузовской научно-технической конференции. -Иваново: ИГТА, 2000.

72. С.Г. Степанов, А.Х. Салихова, Г.В. Степанов. Уработка нитей в сатинах.// Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. 2000. - №5.

73. О.С. Кутепов. Строение и проектирование тканей. М., Легпром-бытиздат, 1988.

74. Э.А. Оников и др. Справочник по хлопкоткачеству. М. Легкая индустрия, 1979.

75. Г.Б. Дамянов, Ц.З. Бачев, Н.Ф. Сурнина. Строение ткани и современные методы ее проектирования.-М., Легкая и пищевая промышленность, 1984.

76. С.Г. Степанов, А.Х. Салихова, Г.В. Степанов. Равновесие нити в ткани.// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 2000 №4.

77. Салихова А.Х. Влияние силовых нагрузок на структуру ткани// Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2001): Тез. докл. международной научно-технической конференции.- Иваново: ИГТА, 2001.

78. Степанов Г.В., Кочетов А.А., Сатихова А.Х. Вопросы строения ткани// Молодые ученые развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2000): Тез. докл. межвузовской научно-технической конференции. -Иваново: ИГТА, 2000.

79. Салихова А.Х., Степанов Г.В. Натяжение нити в тканях полотняного переплетения// Молодые ученые развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2001): Тез. докл. межвузовской научно-технической конференции. Иваново: ИГТА, 2001.

80. С.Г. Степанов, А.Х. Салихова, Г.В. Степанов. Натяжение нити в ткани.// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. —2001 №6.

81. С.Г. Степанов, А.Х. Салихова, Г.В. Степанов. Натяжение нити в тканях главных переплетений.// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. —2002 №1.

82. Салихова А.Х. Силовое взаимодействие нитей в ткани// Студенты и молодые ученые ЮГТУ производству: Тез. докл. межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов. - Кострома: КГТУ,2001.-С. 150.

83. Салихова А.Х. Взаимосвязь прогиба нити и натяжения нити в ткани// Студенты и молодые ученые КГТУ производству: Тез. докл. межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов. - Кострома: КГТУ, 2002.

84. Салихова А.Х. Определение высоты волны изгиба нити// Молодые ученые развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2002): Тез. докл. межвузовской научно-технической конференции. Иваново: ИГТА,2002.

85. Салихова А.Х. Натяжение и изгиб нитей в ткани// Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2002): Сборник материалов международной научно-технической конференции.- Иваново: ИГТА, 2002.