автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Аналитическое описание процессов деформирования поликапроамидных тканей

од

ВАХИТОВА Зарина Ильдусовна

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПОЛИКАПРОАМИДНЫХ ТКАНЕЙ

Специальность 05.19.01 "Материаловедение" (текстильное, кожевенно-обувное, меховое, швейное)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург -1998

Работа. выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна в лаборатории механики ориентированных полимеров при кафедре сопротивления материалов.

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор Романов В. Е.

доктор технических наук, профессор Стаяевич А. М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор Тараканов Б, М.

кандидат технических наук Хлебникова Е. Л.

Ведущая организация: Институт проблем

машиноведения РАН

Зашита диссертации состоится 12лим в/2 часов, на заседании диссертационного совета Д.063.67,01 в Санкт-Петербургском государственном университете технологии п дизайна, ауд. 241,

Адрес: 191186 «г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 18.

Автореферат разослан (О года.

Отзывы в двух экземплярах (заверенные печатью) направлять по адресу: 191186 , г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 18, ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук Рудин А. Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В условиях рыночной экономики все большее значение придается повышению качества выпускаемых изделий. В условиях конкурентной борьбы за покупателя именно качество становится главным фактором влияющим на конкурентоспособность продукции как на внутреннем, так и на внешнем рынках.

Повышение качества продукции требует системного подхода, включающего в себя, в частности, достаточно глубокое изучение свойств текстильных материалов, которые проявляются на различных этапах технологических процессов текстильного и швейного производств. Среди таких свойств особое место занимают механические и, в первую очередь, деформационные. Это связано с тем, что практически на протяжении всего производственного цикла ткань подвигается многократным деформациям различного рода, из которых преобладающими являются деформации растяжения.

В зависимости от величины и режимов деформирования во времени после разгрузки происходит частичное или полное восстановление первоначальной формы. Недостаточный учет кинетической природа как деформационых, так и прочностных свойств, присущих полимерам и проявляющихся у тканей на стадиях технологических процессов текстильного и швейного производств, является одной из причин снижения качества швейных изделий.

Аналитическое описание процессов деформирования синтетических тканей, которые постепенно вытесняют ткани из натуральных, волокон при изготовлении одежды, предназначенной для защиты человека от неблагоприятных погодных условий, таких как ветер или дождь, непосредственно связано с возможностью прогнозирования напряженно - деформированного состояния изделий, изготавливаемых го тсс.

Таким образом, изучение процессов деформирования имеет важное значение для текстильной и швейной промышленностей.

Актуальность вопроса улучшения качества продукции текстильного производства на основе изучения строения, свойств и оценки качества новых текстильных материалов и изделий, разработки и совершенствования средств и методов испытаний и, в частности, важность физически обоснованных описаний и прогнозирования свойств текстильных материалов, отмечались в решениях XII Всесоюзной научной конференции по текстильному

материаловедению, г. Киев, 1988 г. В последнее время в СПГУТД в учебный процесс введены следующие новые дисциплины: "Прикладная механика ткани", "Прикладная механика кожи", "Релаксационные явления", "Механика химических волокон и композиционных материалов" , которые построены на основных положениях механики деформированного твердого тела.

Цель работы состояла в экспериментальном изучении деформационных свойств тканей в области неразрушающих нагрузок с позиции теории вязкоупругосга твердых полимерных теп. Предусматривались два аспекта планируемых исследований. Первый - это получение информации о свойствах конкретных объектов. Второй аспект - развитие раздела текстильного материаловедения, в котором рассматриваются вопросы моделирования процессов релаксации, ползучести, восстановления, диаграмм растяжения и других - более сложных.

Основные задачи работы: для изучаемых типов ткани

• проанализировать пригодность какого-либо из известных вариантов физико-математического моделирования деформационных свойств в области неразрушаюхцего растяжения; .

• выбрать из известных или разработать экспресс-мс год определения деформационных характеристик;

• аналитическое описание восстановителького деформационного процесса;

• проанализировать влияние плотности ткани на ее деформационные свойства и возможности прогнозирования этих свойств;

• разработать методические указания и программное обеспечение для применения разработанных методов в научных и учебных целях.

Научная новиша состоит в том, что

• найден вариант эндохронного интегрального уравнения нешшейно-наследстаенного типа, пригодного для применения в качестве физико - математической модели процессов деформирования исследуемых тканей в следующих режимах: ползучесть, релаксация, диаграмма растяжения, других - более сложных режимов;

• произведена модернизация известного ранее экспрсоо-мстода определения параметров этой модели с целью увеличения их точности и углубления их физического смысла;

• установлена пригодность этой модели для аналитического описания и прогнозирования восстановительного деформационного процесса;

• установлена взаимосвязь между параметрами модели и плотностью ткани, позволяющая прогнозировать деформационные свойства.

Практическая значимость работы заключается в состоявшемся и рекомендуемом использовании полученных научных результатов

• в текстильной и швейной промышленносггях. Результаты работы признаны полезными для проведения исследований текстильных материалов НИИ технических тканей, г. С.-Петербург и торгово-промышленным объединением "Киеинер", г. Казань;

• в учебном процессе в курсах "Механика текстильных материалов" и "Исследовательская работа на стыке фундаментальных дисциплин", предназначенных для студентов и аспирантов технологического, химико-технологического и швейного факультетов.

Апробация результатов работы. Результаты работы были доложены на научном семинаре кафедры сопротивления материалов, на общегородском семинаре НТО им, А.Н. Крылова (1997 г.), на меищународной научно-технической конференции "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве " (1997 г.), на научно ■ технических конференциях "Дни науки - 96", "Дни науки -97" (СПГУТД).

Публикации. Результаты работы нашли отражение в 7 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пят глав, выводов, списка литературы ^¿наименований) и £ приложений. Основная часть работы изложена на1</рЦ>анипах, включает^ рисунков.,/Гтабшщ.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дало обоснование выбора темы диссертационной работы и ее актуальности.

В нерпой главе рассматривается взаимосвязь деформационных свойств текстильных материалов с качеством тканей и швейных изделий из них, эффективностью использования сырья и

возможностью совершенствования технологических процессов швейного производства.

Анализ технологических процессов текстильного и швейного производств показывает, что при хранении тканей, кроя и швейных изделий наблюдаются длительные восстановительные процессы, являющиеся проявлением вязкоупругих свойств текстильных материалов и вызывающие изменения линейных размеров тканей. Причина нестабильности линейных размеров тканей вызвана прежде всего деформированием материалов (нитей и тканей) на технологических операциях текстильного и швейного производств. Удлинение, полученное в результате приложения силы, или напряжение, полученное в результате деформации материала, зависят от времени, в течении которого действует сипа или деформация, а также от того, каким механическим воздействиям материал подвергался ранее.

На основе анализа литературных источников и экспериментальных данных формулируются задачи диссертационной работы.

Во второй главе рассматриваются основные аспекты развиваемой механики деформиров ания твердых полимерных тел, а также приводится анализ работ, выполненных в области исследования деформационных свойств текстильных материалов.

Феноменологическая теория вязкоупругости была развита в работах Максвелла Дж., Фойгта В., Колърауша Ф., Болъцмана Л., Вольтерра В., Ферри Дж. и др. Дальнейшее развитие положения механики деформированного твердого тела получили в работах Работнова Ю. Н., Лидермана X., Розовского М. М., Колтунова М, А., Негами С., Ржаницына А. Р. и др.

Большой вклад в исследование и описание процессов деформации текстильных волокон и шлей внесли Кукин Г.Н., Кобдяков А. И., Соловьев А. Н., Матуконис А. В. и др.

Разработанные на кафедре сопротивления материалов СПГУТД методы и аппаратура позволяют осуществлять расчетное прогнозирование напряженных состояний синтетических, нитей и пленок. Основным достоинством методов является минимальное количество используемых параметров и возможность их определения на основе кратковременных измерений. Этот факт послужил основной предпосылкой для использования развиваемого метода моделирования нелинейной вязкоупругости синтетических нитей при изучении более сложного объекта - тканей.

В ЛИТЛП им. Кирова (ныне СПГУТД) вязкоупругие свойства тканей ранее экспериментально изучались в диссертационных

работах Романова В.Е.(1968), Лобьи Л.И. (1988), Разумовской Е.А. (1989)*\ Маланова А. Г. (1993) и других.

Работа Романова В. Е. - первое в СПГУТД научное исследование, в котором текстильные ткани были отнесены к классу вязкоупругнх полимерных материалов, в связи с чем проиллюстрирована необходимость учета фактора времени в задачах моделирования процессов механической деформации таких объектов.

В работе Лобьи Л, И. было обнаружено существенное отличие вязкоупругнх свойств объектов исследования виокозо-полнэфирных тканей бьггового назначения - от свойств синтетических нитей, что вызвало необходимость построения усложненной модели, основанной на предположении о наличии двух релаксационных механизмов, каждому из которых соответствует свой набор вязкоупругих характеристик. В работе была предпринята попытка описать восстановительный деформационный процесс, однако удовлетворительного результата удалось достичь, только после введения в соответствующее определяющее уравнение константы, характеризующей величину остаточного компоненга.

Малановым А. Г. изучались деформационные свойства тканых капроновых лент технического назначения, для которых характер вязкоупругих свойств оказался близок к линейному. Исследователем был сделан также вывод о том, что вид переплетения на вязкоупругие свойства исследуемых объектов влияет незначительно.

Помимо материаловедения основные положения механики деформированного твердого тела используются также и при решении задач механической технологии текстильных материалов, например в работах Ямщикова С. В. (1997), Фурычева М. С. (1997), г. Кострома; Щербакова В. П. (1985), Николаева С. Д. (1986), г. Москва и др.

Таким образом, обзор работ, выполненных в области механики деформированного твердого тела и, в частности, текстильных материалов, а также анализ сложившихся представлений о кинетической природе деформирования и разрушения показали, что с такими популярными характеристиками, как разрывные напряженней деформация и модуль деформации при научных исследованиях следует обращаться как с функциями, а не как с числами.

Научный руководитель - проф. Тиранов В. Е.

В третьей главе обосновывается выбор объектов исследования, в качестве которых взяты три образца поликапроамндных тканей бытового назначения (табл. 1) и, в частости, ткань из мгофоволокон (толщина элементарных волокон приблизительно 1,0 дгекс), которая отличается повышенной плотностью -количеством нитей основы и утка на 10 см ткани - н характеризуются прочностью, красивым внешним видом, мягким туше, свойственным тканям из натуральных волокон, устойчивостью к действию светопогоды, стойкостью к истиранию, хорошими водо- и ветрозащитными свойствами и при этом высокой паропроницаемостью, обеспечивающей комфортность в носке одежды, изготовленной из них.

Таблица 1

__ Общая характеристика объектов исследования_

Показатель

Величина показателя

Ткань I

Ткань II Ткань III

Состав, %

100% капрон

100% капрон

100% капрон

Вид переплетения

полотняное

полотняное

полотняное

¡Плотность пеаны, нитей на 10 см: по основе по утку

350 200

420 230

710 360

Толщина, мм

0,14

0,16

0,15

¡Поверхностная плотность, г/м;

112

98,2

103,4

Нагрузка при разрыве по основе, кН/1см

0,122

0,134

0,18

Удлинение при разрыве по основе, %

49,22

42,00

39,60

Описывается методика исследований, приводится статистическая обработка результатов. Представлены результаты измерешш процессов релаксации и ползучести тканей и обработки экспериментальных, данных посредством усовершенствованного экспресс-метода определения вязкоупругих характеристик и способ их численного уточнения.

В результате экспериментов по изучению релаксации и ползучести было выявлено активирующее действие приложенных нагрузки и деформации, которое выражалось в снижении

среднестатистического времени релаксации по мере увеличения нагрузки при релаксации усилия шш средиестатистческого времени запаздывания по мере увеличения деформации в процессе ползучести, что вполне соответствует современным представлениям о сило-временной и деформадионио-времешюй шииюшнх.

В качестве исходных данных при аналитическом опнсшиш вязкоунругих свойств использовались экспериментальные кривые релаксации усилия в ткани на различных уровнях деформации в полулогарифмической системе координат (рис. 1). С учетом того, что при вычислении площади поперечного сечения дли тканых конструкций возникают определенные трудности, процесс релаксации усилия был представлен следующим образом:

Рм^ъРЕги О)

----где Е- условная площадь поперечного сечения материала; Еес

релахсирующин модуль; РЕе {- деформационная жесткость, связанная с упругой ЕЕ$ и вязкоупругой РЕ<п дефомационнымн жесткостями соотношением

яе( = № - РЕЯ)фег, (2)

где фе ( - нормированная релаксационная функции, изменяющаяся в пределах [0; 1 ].

В качестве нелинейной нормированной релаксационной функции по аналогии с тлями был использован интеграл вероятности, отражающий нелинейный характер вязкоупругих свойств матерчана; у

Фе, = ср = (2л)-0'5] ехР(-0, 5?2)с1г = У)- (3)

где.

У= ^ = в^11п(/т;1)=^1[1п(//71) + 1п(/1т;1)]1 (4)

где V- структурно - деформационно - временной аргумент -

функционал; 1\ - задаваемое базовое значение времени; йп -параметр интенсивности релаксационного процесса, протекающего в данном материале; ТЕ - среднестатистическое время релаксации; I - время.

В табл. 2 представлен расчет параметров процесса релаксации нагрузки в ткани II, проведенный по следующему алгоритму.

Преобразовывали систему координат - рассчитывали реяакси-рующую деформационную жесткость

FB'lÖ?kH 60

SO 40 30 20

Рис. 1. "Семейство" релаксации ткани II линии - результат эксперимента; х - расчет по экспресс-метолу; о - уточнение

10

________igt/t,

-0,6 -0,3 О 0,3 0,6 0,9

SP

Рис. 2. "Семейство" деформационной жесткости ткани II при различных уровнях деформации

и строили "семейство" деформационной жесткости в полулогарифмической системе координат (рис. 2). Затем определяли изохронные значения деформашшшой жеетхян ври р&гжгтых уровнях деформации (рис. 3(я))

]?]? , - 1111. * ■>- -г1) — с

где 11 - базовое значение врскепи.

Расчет вязкоупругах характеристик ткани И по

<б>

Таблица/.

% РЕеьт РЕ^кН а? Фег, У«,

1 1.0 0.535 \ .935 -0.64 -0.24 0.154 0.053 -1.62

2,0 0,470 2.150 0,44 -0,17 0.372 0.362 •0,36

2.5 0.443 2.365 0 0 - 0.498 0

3,0 0.41? 2,150 0.44 0Л7 0.419 0,614 0,29

4.0 0.395 1.720 0.80 0.23 0.345 0.72? 0.61

5,0 0.360 1.505 0,95 0,32 0.228 0.899 1,28

6.0 0.338 1.290 1.10 0.35 0.197 1.005 4.00

-I

&п Ъ =0,286

РЕо ~ 0,546 Шь РЕо* = 0,339 Ш.

По "семейству3 хрнвых деформационной жесткости а полулогарифмической системе координат определяли интенсивность реиажоаднотюго процесса как производную функции деформационной зкесиеост но логарифму времени: Э«Е5ь _ . ЭРЕ,,.' I

Затем строояк зависимость изохронных значений логарифмической хдзокешодаой деформационной жесткости от

деформащн! (рис. ЗСбм н опреашиши точку экстремума (но рис. 3(6))

/

^Екг.жах а также соответствующее ей значение деформационной жесткости РЕ%.

Далее определялись -гаслегаше фуШий.ОйШШЙ'яГ. ИРИ о

деформации 8 по формуле

значения аргумента-

дат каждого значения

У*. -

ЕГГ, ~

:1п

ж

т

(8>

Рис. 3. Деформационные характеристики тканей, полученные по параметрам релаксации

а) изохронные значения деформационной жесткости;

б) изохронные значения логарифмической производной деформационной жесткости;

в) деформационные функции

Рис. 4. Деформационные характеристики тканей, полученные по параметрам ползучести

а) изохронные значения обратной деформационной жесткости;

б) изохронные значения логарифмической производной обратной деформационной жесткости;

в) силовые функции

причем знак "-" выбирался в том случае, если £ < S j, знак "+", если 6 > 61. И по таблице интеграла вероятностей определяли его значения

f'üi) = Ф(-°°; Кг{)~ 5. (9)

Значения структурно-чувствительного коэффициента определяли по формуле

ай1 = Jbt ™-Ф(0; V*tl). (10)

Для определения асимптотических значений деформационной жесткости FE0 и FEm использовали формулы

FEo = FF,г - J^änFE, , (Ii)

FEm = FEz + JjanFEx . (12)

С целью вычисления нормированной деформационной функции, отражающей деформационно-временную аналогию, определяли значения нелинейной нормированной релаксационной функции фе/

<рг?1 = (FEq - FEsti ')(FEq - FE^. (13)

и затем при помощи таблицы интеграла вероятностей определяли Далее определяли численные значения деформационной функции

hifji^1) =/SlS = . (14)

и строили график этой функции (рис. 3(в)).

По полученным вязкоупругим характер испек гш осуществляли проверку их надежности йо следующему алгоритму.

По формуле (4) определяли численные значения аргумента-функционала Vst дня заданных уровней деформирования в и значений времени /.

Воспользовавшись таблицами интеграла вероятностей, по значению V& определяли соответствующее значение Ф(0; Vst)

Ф(0;КеО-Ф(-®;^)-0,5. ^ (15) Расчетные значения деформационной жесткости FEg для заданных уровней деформиробания при различных значениях t определяли

FEzt - FEo - (FE0 - FE*)Ф(-ао; Fef)> (16)

По формуле (5) определяли значения усилия /\г ~ еЕЕ&.

На рис. 1 представлен расчет экспериментального "семейства" кривых релаксации. Аналитическое описание вязкоупругих характеристик ползучести осуществлялось аналогичным образом (рис. 4 (а, б, в), 5, 6).

Сопоставление результатов аналитического описания процессов релаксации усилия и ползучести ткани о экспериментальными данными показало, что они согласуются друг с другом в пределах доверительного интервала.

Данный экепресс-метод обладает важным достоинством -минимумом параметров и, благодаря этому, устойчивостью численных значений.

Однако расчетные, формулы, на которых построен описанный выше экспресс-метод определения параметров процессов релаксации и ползучести, предусматривают квазимгновенное приложение нагрузки и деформации соответственно. На самом же деле это требование в условиях эксперимента не выполняется и процесс квазимгновенного нагружения или деформирования протекает с определенной скоростью. По этой причине получаемые численные значения вязкоупругих характеристик могут зависеть от указанного отклонения условий эксперимента от требования определяющих уравнений. Т. е. условия адекватности микромеханизмов процессов ползучести и релаксации

=РЕ0 и Г'Д,)-' - (17)

по указанной причине ке выполняются.

С целью устранения этих отклонений "семейства" ползучести и релаксации следует аппроксимировать согласованно. "Стыковка" экпетриментальных данных, полученных при обработке "семейств" ползучести п релаксации осуществлялась о помощью наследственного уравнения нелинейной вязиоупругоегн.

Воспользовавшись предполагаемой симметрией

логарифмического ядра релаксации

=^т+ АЖт и РЕ* = ЕЕХ - Ы'ЕХ, (18) а также наблюдаемой симметрией логарифмического ядра ползучести и условием (17)

г» ~ УГ-* . О-) г, г. —

Т7~1 ГЛ — _ -Др _ _ Дт .'|д\

' - - 2р. - -1ЕлЕа>р" ЕьЕ„Р 1 ^ ;

полу'ШЛИ

Рис. 5. "Семейство" ползучести ткани II линии - результат эксперимента; х - расчет по экспресс-методу; о - уточнение

Р-10*кН 2

1,75 1.5 1

0,5

________ Igt/t

о -0,6 -0,3 0 0,3 0,6 0,9

Рис. 6. "Семейство" обратной деформационной жесткости ткани II при различных уровнях нагрузки

D.F"1 kH

откуда по (18) получили упругую и вязкоупругую деформационные жесткости.

При использовании интеграла вероятностей в качестве нормированной функции получили

= Ч2тсГ°'5^(№ - ТО.) . (21)

Из (21) получаем

а»х = ~(2к)°-5Ре[(РЕ« - . (22)

Для базового времени Г — Г} значения деформационной функции определяются по формуле

/•Е1Е = 1п/,/тЕ = ап УЕ, (23)

где КЕ/, - значение деформационно-временного аргумента-функционала, которое берется го таблицы интеграла вероятностей по значению нормированной релаксационной функции при деформации 6 и базовом времени 11

- жж:- <24>

Аналогичным образом определяются характеристики процесса ползучести.

Результаты расчетного уточнения вязкоупругих характеристик релаксации ткани II представлены на рис. 1, 5 и в табл. 3.

Таблица 3

Определение вязкоупругих характеристик по "семейству" кривых процесса релаксации по исходным параметрам ткани II

ГЕХ =2,365-10~2 Ш; РЕХ = 44,3-10-2кН; Бт =2,5 %;

Б,% РЕ^кН Г*, /е|е

1,0 0,535 0,153 -0,98 -4,40

2,0 0,470 0,398 -0,25 -1,12

2,5 0,443 0,500 0 0

3,0 0,419 0,590 0,25 1,12

4,0 0,395 0,681 0,50 2,25

5,0 0,360 0,513 0,90 4,04

6,0 0,338 0,896 1,30 5,84

ЕЕ0 = РЕТ + ЫГЕХ =0,5757 кН, РЕ* = РЕ% ~ АРЕ% = о,зюз ш.

Сопоставление зксперимеетатшных данных о расчетом фкс. / и 5) показало достаточную эффективность такого способа совместной аппроксимации "семейств'5 релаксации и ползучести. Для осуществления численного уточнения вязкоупругах характеристик методом совместной аппроксимации экспериментальных "семейств" разработана программа дня ЭВМ.

Четвертая глава посвящена вопросам аналитического описания сложных режимов деформирования но вязкоупрупш характерногккам, получаемым по результатам кратковременных измерений процесса релаксации ужпт няи ползучести ткани.

Наличие деформационно-временной и сило-временной аналогии имеет непосредственное отношение ж составлению определяющих уравнений» предиазначениьк. для аналитического описания сдожньы режимов деформирования и, в частности, диаграмм растяжения, которые широко используются при оценке фтихо-мехаиических свойств текстильных материалов.

Из накошшиого опыта работы с синтетическими шговш дая материала, обладающего иелшхейньшн свойствами, наиболее физически обосновано определяющее уравнение, которое явилось результатом обобщения принципа суперпозиции Бояьцмаяа-Вольтерра на случай нелинейности вязкоуурупи. свойств

о? = Еоъ + (Ео - Еп^-Лр&вх (25)

В удобном для практических расчетов виде это уравнение:

ot - Еа^-(ЕС^Ефйе^Ф^] +Е8#Г|А1пл], (Ш

где Г.- = - логарифмическое ядро релаксации,

где Д$%- - ширина ¡-того "столбика" деформации е£ по нвсаве = ? — 0|, Здесь ^-интегрируемая независимая переменная; -текущее время; П- количество "столбиков" разбиения заданного закона деформирования 8е = .

Дая ткаян уравнение (26) может быть представлено в виде

Pt = РЕ^ -д?Ео -+ Xе^Дт^], (27) Для процессов, когда скорость деформирования с течением времени зшешо уменьшаетея, формула (27) ггршшмаэт вид

Р, = -(Ж-Ж^выфы (28)

Одна го задач, в которых удобно использовать уравнение состояния в ваше (26), эхо анакш взаимосвязи, т. е. идешнчности микромехзшгамов нрохекания процессов ползучести и релаксации. Интегрирование нелэучеегн явняехся частый случаем задачи о

вычислении напряжения (усилия) в конкретной точке заданного закона деформирования.

Для режимов деформирования с мало меняющейся скоростью нагружегам, которыми и являются диаграммы растяжения, наиболее рациональными оказались два способа расчета -интегрирование деформации при равномерном н неравномерном делении заданного закона деформирования. В этом случае уравнение (27) принимает вид

Р( = ?ЕъЕг - (ЕЕ0 - сры + - (29)

Р, = /Еое, - (РЕй - ЖГО)[Е|_,ерм -11и 9е,Д! - )?,] (30)

соответственно.

На рис.7 приводятся результаты аналитического описания по (29) для диаграммы растяжения ткани II. а в табл. 4 - пример расчета точки на диаграмме для того же материала.

Таблица 4

Аналитическое описание диаграммы растяжения ткани II при равномерном делении заданного закона деформирования по исходным данным:

л=8;ег =0,05; С\ =60 с; а*1 =0,223; /ГЕо =0,5757 Ш; ]?Е<а= 0,3103 М; ¿=5 мм/мин; Ьп] /Т =/Е|е

г / \л(п/(1-1)) VI 1

1 0.0484 3.8 . 0,08 . -

2 0.0438 2.5 2.079 -0.053 0.0888 0.6218

3 0.0375 2 1.386 -0.010 0.0889 0.2669

4 0.0313 1 0.981 -0.143 0.0881 0.1468

5 0.025 0 0.693 -0.301 0.0850 0.0850

6 0.0188 •2 0.470 -0.698 0.0697 0.0418

7 0.0125 -4 0.288 -1.103 0.0484 0.0161

8 0.0063 -12 0.133 -2.853 0.0015 0.0002

. .£=1.18

Р( = 0.01999 кН

Также на основании принципа суперпозиции Больцмаиа может быть описан и восстановительный процесс-, который наиболее ярко проявляется при длительном хранении ткани, кроя и готовых изделий н оказывает большое влияние на качество швейной продукции. В этом случае используется определяющее уравнение вида х 1

вг = £>о<Т/ + (До - По)\. (31)

о

Рис. 7. Диаграммы растяжения ткани II при скорости

растяжения ё=5 мм/мин (а), 50 мм/мин (б), 500 мм/мин (в); сплошные линии - эксперимент; пунктирные - аналитическое описание по (29)

Р-Лн

сплошные линии - эксперимент;

пунктирные - аналитическое описание по (31-32)

В случав полной разгрузки, т. е. при at = 0 уравнение (31) принимает вид i

в, = (Da - ZJfOfcT^p;,^] = фю - D0)a[cpo;( - сро;(32) Результат аналитического описания • восстановительного деформа- ционного процесса по (32) представлен на (рис. 8).

Сопоставление расчетных и экспериментальных значений усилия при сложных режимах деформирования подтверждает надежность математической модели в сочетании с усовершенствованным экспресс-методом определения вязкоупругих характеристик. Для осуществления интегрирования ползучести и аналитического описания диаграммы растяжения тканей разработан пакет программ для ЭВМ и методические указания.

В пятой главе приводятся результаты сравнительного анализа деформационных характеристик исследуемых тканей (табл. 5, см. также рис. 3 и 4 ) и на его основе - прогнозирование их эксплуатационных свойств.

Выяснено, что ткань III имеет наибольшие значения деформационной жесткости, а также зцдохронных характеристических нагрузки и деформации и, следовательно, характеризуется наибольшей жесткостью и иесминаемостью.

Таблица 5

Деформационные характеристики тканей_

наименование объекта исследования параметры ползучести С параметры релаксация

dJf хН и нв" U, -i чН -! а« кИ *ff кН иИ ¿V. У*

ткань I 1,99 3,81 2,9 0,32 0,6 0,52 0,52 0,29 0,4 0,13 1,75

ткань II 1,74 3,22 2,48 0,38 1,75 0,53 0,58 0,31 0,44 0,22 2,5

ткань III 1,61 2,1 1,84 0,4 2,5 0,79 0,61 0,48 0,55 0,31 5

Структурный параметр ап (см. рис. 9) характеризует форму нормального распределения и определяет также интенсивность процессов ползучести и релаксации. Данные табл. 6 позволяют сделать вывод о том, что ткань I обладает более широким по сравнению с другими исследуемыми материалами спектром времени релаксации, что говорит о более выраженных релаксационных свойствах. Этот факт вполне согласуется с тем, что

П1Т1 т «Г* ГЛОТ ТГЛШТЩТ! гггал ПТГ1ИОТГ1"! •»Л^ЧГчЖ 4»»*ТГ»1ЛГ1-Г'» С* »ГАТ-ЛП»

хлапл х ппи/1 опс^к^пши и,

отношению асимптотических значений прямой и обратной

а)

Рис. 9. Нормированная функция релаксации (а) и ползучести (б)

деформационных жесткостей и характеризует степень упорядоченности структуры материала.

Проведенный сравнительный анализ с учетом данных табл. 1, согласно которой все три объекта исследования имеют идентичный волокнистый состав, вид переплетешш и близкие значения толщины и различаются главным образом по плотности, т. е. числу нитей основы или утка на 10 см ткани, позволил сделать предположение о наличии взаимосвязи между деформационными характеристиками и плотностью ткани при уловии равностн либо близости показателей структуры, таких как переплетение и толщина, а также волокнистого состава. Можно утверждать, что по мере увеличения значений плотности повышаются соответственно жесткость и упругость, а следовательно, и несминаемость, в то время как релаксационные свойства становятся менее выраженными.

Таким образом, использованный комплекс деформационных характеристик, отличаясь минимумом необходимых параметров, позволяет проводить сравнительный анализ деформационных свойств тканей в области неразрушающих нагрузок и может быть применен для сравнительной оценки их экплуатацнонных свойств.

Далее показана возможность использования разработанного способа аналитического описания для определения оптимальных деформационных режимов выполнения технологических операций швейного производства, о целью повышения стабильности линейных размеров и, следовательно, качества продукта! и, в частости, дня определения максимальной величины растягивающей нагрузки при настилании тканей, а также прогнозирования поведения ткани при длительном хранении после

снятия нагрузки и после влажно-тепловой обработки.

* * *

В Приложении приводится полный комплект методических указаний для выполнения исследований по изучению вязкоупругих свойств тканей; "Экспресс-метод определения вязкоупругих характеристик тканей", "Экспресс-метод определения параметров ползучести ткани", "Интегрирование ползучести ткани", "Аналитическое описание диаграммы растяжения ткани", "Уточнение численных значений вязкоупругих характеристик тканей" а также дается исходный текст "Программы для изучения вязкоупрух-их свойств синтетических текстильных материалов", позволяющей ускорить процесс расчета деформационных характеристик, получаемых в результате обработки

экспериментальных данных.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

]. На образцах ткани произведены эксперименты в режимах ползучести и восстановлений, релаксации усилия, растяжения в широком диапазоне скоростей деформирования с целью нахождения физико-математической модели деформироваинного состояния ткани. Посредством обработки произведенных измерений показана пригодность к поликапроамидиым тканям экспресс-методов определения деформационных характеристик, применяющихся к синтетическим нитям. Произведено дальнейшее усовершенствование указанных экспресс-методов посредством одновременной аппроксимация "семейств" ползучести и релаксации с целью уточнения получаемых численных значений вязкоупругих характе- ристик и углубления та физического смысла (см. п. 4 и 5).

2. Посредством анализа экспериментальных данных (см. п.]) показана пригодность эндохрошюго интегрального уравнения натинейко-насдйд.ст£е1ШйГй -шла дня расчетного прогнозирования изотермических деформационных процессов тканей в диапазоне деформирования до 6-7 %. Такой способ описания отражает ажтивационный характер механического воздействия или, дгоугими словами, действие дефйрмахрюшю-вовмеюш аналогии.

3. На основе, применяемой математической модели выполнено аналитическое описание диаграмм растяжения исследуемых тканей. В результате усовершенствования экспресс-метода (см. п. 2) удалось добиться повыщештя точности этого аналитического ошкаши.

4. Помимо процессов активного деформирования, когда скорость нагруження ё ^ 0 (см. п. 3). показана возможность аналитического описания восстановительного деформационного процесса, когда В 0, происходящего после разгрузки, посредством использования установленного определяющего уравнения (см. п. I).

5. Анализ количественной взаимосвязи между процессами ползучести и релаксации подтверждает надежность предлагаемого определяющего уравнения (п. 2) дан расчетного прогнозирования более сложных процессов деформированния, а также состоятельность предположения об идентичности микромеханизмов протекания этих. процессов.

6. Показана возможность использования комплекса, деформационных характеристик, полученных посредством усовершенствованного экспресс-метода, в области перазрутающих нагрузок, дая сравнительного анализа деформационных и прогнозирования эксш^'аташюнных. свойств тканей. Выявлено, что

ткань III характеризуется наибольшей жесткостью и упругостью, и следовательно, неемннаемостъю, а ткань I - наиболее выраженными релаксационными свойствами.

7. Выявлено наличие у исследуемых тканей взаимосвязи между деформационными характеристиками и плотностью ткани (количеством нитей на 10 см основы или утка) при равных прочих параметрах строения и волокнистом составе. Этот факт позволяет прогнозировать деформационные свойства по величине плотности ткани.

8. Разработан комплект методических указаний ц пакет программного обеспечения, которые позволяют определять численные значения деформационных характеристик по усовершенствованному экспресс-методу, решать определяющее уравнение для широкого круга задач, и в частности, для случая аналитического описания диаграммы растяжения и анализа взаимосвязи процессов ползучести и релаксации ткани.

Опубликованные работы по теме диссертации:

1. Вахитова 3. И., Сталевич А. М. Деформационные свойства ткани И Материалы научно-технической конференции студентов и молодых ученых "Дшг науки - 96". - СПбГУТД. - С.-Пб, 1996, с. 35.

2. Вахитова 3. И., Сталевич А. М. Наследственная упругость синтетических тканей // Материалы научно-технической конференции студентов и молодых ученых "Дни науки - 97", -СПбГУТД. - С.-Пб, 1997, с. 37.

3. Вахитова З.И., Сталевич А. М., Голубев М. И. Деформационные свойства швов одежды // Материалы научно-технической конференции студентов и молодых ученых "Дни науки - 97". - СПбГУТД. - С.-Пб, 1997, с. 27.

4. Сталевич А. М., Вахитова 3. И. Нелинейная вязкоупругость поликапроамидной ткани // Сб. докл. междун. науч.-тех. конф. "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве" (ПРОГРБСС-97). - Иваново, 1997, с. 211-212.

5. Сталевич А. М., Романов В. Е.( Вахитова 3. И. Программа для изучения вязкоупругих свойств текстильных материалов. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 980012. Дата регистрации 12.01.97.

6. Сталевич А. М., Вахнгова 3. И, Нелинейная вязкоупругосхь ткали // Изв. вузов. Технология текскшьной промышленности, 1998, №1, с.

7. Сталевич А. М., Вахитова 3, И. Определение деформационных характеристик подижапроамвдщых тканей ¡1 Химические волокна, 1998, № 1, с. 37-40.

Лицензия № 020712 от 02.02.93 Оригинал подготовлен автором

Подписано к печати 02- 64. 98 г. Формат 60x84 1/16, Печать офсетная.Уси. леч. л. 1.45 Заказ Тираж 100 экз. Охнйчз^НКО ¿> типографии ■ ! I г