автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка метода проектирования двухслойных тканей по геометрическим и механическим характеристикам

яг

КАРТАШОВА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДВУХСЛОЙНЫХ ТКАНЕЙ ПО ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ И МЕХАНИЧЕСКИМХАРАКТЕРИСТИКАМ /

Специальность 05.19.02 "Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья "

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004 г.

Работа выполнена на кафедре механической технологии текстильных материалов Московского государственного текстильного университета имени А.Н. Косыгина

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Севостьянов Алексей Григорьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Панин Иван Николаевич

кандидат технических наук, доцент Васильев Александр Владимирович

Ведущая организация:

ФГУП « Центральный научно-исследовательский институт хлопчатобумажной промышленности»

Защита диссертации состоится « » мая 2004 года в_

часов на заседании диссертационного совета К.212.139.01. в Московском государственном текстильном университете имени А.Н. Косыгина по адресу: 119991, г. Москва, Малая Калужская, д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного текстильного университета имени А.Н. Косыгина.

Автореферат разослан « »_2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета - > а., доц. Шустов Ю.

К1а у

АННОТАЦИЯ

В диссертационной работе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных с целью разработки метода проектирования хлопчатобумажной двухслойной ткани по заданным параметрам.

В результате теоретических исследований предложен метод проектирования двухслойной ткани с соединением слоев способом "сверху - вниз" с базовым переплетением слоев саржа 3/3 по заданной поверхностной плотности.

Спроектированы и выработаны образцы двухслойной ткани и полутораслойной ткани с дополнительным утком из хлопчатобумажной пряжи.

Разработан метод определения параметров уравнения взаимосвязи между напряжением и деформацией в текстильном материале.

Выведены формулы для расчета разрывного усилия при одноосном растяжении ткани.

Исследовано влияние вида переплетения ткани, плотности ткани по утку на свойства и строение двухслойных и полутораслойных тканей.

Определены. оптимальные параметры, изготовления хлопчатобумажной двухслойной ткани с соединением слоев нитями слоев способом "сверху- вниз".

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

1. Метод определения параметров уравнения взаимосвязи между напряжением и деформацией двухслойных тканей, отражающего его релаксационные свойства с помощью четырехэлементной модели механических свойств.

2. Выведенные формулы для расчета разрывного усилия при одноосном растяжении ткани.

3. Метод проектирования двухслойной ткани с соединением слоев нитями слоев способом "сверху - вниз" по заданной поверхностной плотности.

4. Результаты исследования влияния вида переплетения ткани, плотности ткани по утку на строение и свойства полутораслойных и двухслойных тканей.

5. Оптимальные технологические параметры изготовления хлопчатобумажной двухслойной ткани с соединением слоев нитями слоев способом " сверху- вниз".

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Переход от плановой экономики к рыночным отношениям внес коррективы в механизм деятельности предприятий текстильной отрасли.

В сложившейся ситуации текстильные предприятия поставлены перед необходимостью улучшения ассортимента и качества выпускаемых изделий, уменьшения себестоимости продукции.

Выработка новых тканей является сложной задачей, требующей индивидуального подхода.

Прочностные характеристики ткани при растяжении являются- важными показателями, позволяющими судить о поведении и долговечности ткани при механическом воздействии в процессе эксплуатации. Поэтому, во многих случаях, значения разрывной нагрузки и разрывного удлинения ткани являются одним из критериев оптимизации. Разработка теоретических методов прогнозирования этих величин позволит получить оптимальные значения строения и структуры ткани, обладающей заданными свойствами.

Актуальность данной работы обусловлена

необходимостью разработки нового ассортимента тканей и проведения оптимизации процесса изготовления данных тканей на станке.

Целью данной диссертационной работы является разработка метода проектирования двухслойной ткани по заданным механическим и геометрическим характеристикам, а также определение оптимальных технологических параметров изготовления данных тканей.

Задачами исследования являются:

- разработка взаимосвязи между напряжением и деформацией в ткани, отражающей релаксационные свойства ткани;

- определение параметров четырехэлементной модели механических свойств;

- вывод формул для расчета разрывного усилия при одноосном растяжении ткани;

- разработка метода проектирования двухслойной ткани с соединением слоев нитями слоев способом. "сверху- вниз" по заданной поверхностной плотности ткани;

- исследование свойств и строения тканей сложных переплетений на основе двухфакторного дисперсионного

- оптимизация технологического процесса изготовления исследуемой ткани.

Методика данного научного исследования включает проведение теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследования основаны на использовании современных научных теорий: наследственной теории вязкоупругости, теории планирования и анализа эксперимента, теории моделирования и оптимизации процессов, методов математической статистики. Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях учебных технологических лабораторий МГТУ им. А.Н. Косыгина. Определение свойств и строения тканей проводилось в лаборатории кафедры ткачества и кафедры МТВМ МГТУ им. А.Н. Косыгина. При проведении работы использована современная вычислительная техника, современные приборы для исследования строения и свойств тканей.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- разработаны уравнения, характеризующие механические свойства расчета четырехэлементной модели для деформации растяжения двухслойной ткани, учитывающие релаксационные свойства текстильных материалов;

- предложен метод проектирования хлопчатобумажной двухслойной ткани с соединением слоев нитями слоев способом "сверху- вниз" по заданным параметрам;

- определены факторы, в наибольшей степени оказывающие влияние на условия изготовления двухслойной ткани;

- предложен метод двухфакторного дисперсионного анализа для исследования свойств и строения двухслойных и полутораслойных тканей.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

- спроектированы и изготовлены образцы хлопчатобумажных тканей сложных переплетений с различным видом переплетения и различной плотностью ткани по утку;

- найдены параметры четырехэлементной модели механических свойств двухслойных тканей;

- определены оптимальные технологические параметры изготовления двухслойной ткани;

- исследованы свойства и строение тканей двухслойных и полутораслойных тканей.

б

Апробация работы.

Основные положения диссертации обсуждались на заседаниях кафедры МТВМ МГТУ имени А.Н. Косыгина (2002,2003 г.). Результаты диссертационной работы доложены на Всероссийской научно - технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (Текстиль - 2001), Москва; на Всероссийской научно - технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (Текстиль - 2002); на Всероссийской научно - технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (Текстиль - 2003); на I Международной научно - технической конференции "Перспективы использования компьютерных технологий в текстильной и легкой промышленности" (Пиктел- 2003).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 160 страницах, включает 11 иллюстраций и 37 таблиц. Список литературы включает 90 наименований. Приложения представлены на 35 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, ее научная новизна и практическая значимость. Сформулированы цели и задачи исследования.

В первой главе проведен обзор литературы по исследуемому вопросу. Работы, относящиеся к теме данного исследования, рассматривались по следующим направлениям:

- работы по анализу методов проектирования тканей;

- работы по исследованию свойств и строения тканей;

- работы, посвященные взаимосвязи между напряжением и деформацией в текстильных материалах;

- работы по оптимизации технологического процесса ткачества.

Анализ литературных источников позволил установить, что в настоящее время вопросам изучения строения и свойств двухслойных тканей посвящено сравнительно мало работ.

Поэтому в данной работе поставлена и решена задача выбора математической модели механических свойств, способа проектирования и изучение свойств и строения двухслойных тканей.

Вторая глава посвящена вопросам исследования взаимосвязи между напряжением и деформацией в текстильных материалах.

Важнейшей из задач механики нити и ткани в приложении к технологическим процессам является задача определения деформации по заданным режимам нагружения и обратная задача -определение усилий по известным деформациям.

В работе для описания механических свойств текстильного материала предложена четырехэлементная модель, состоящая из последовательно соединенных моделей Кельвина - Фойгта и Максвелла. Она описывает три составляющие деформации: упругую, эластическую и пластическую. Математическая запись данной модели имеет вид:

Л1 '

% 1 + | Е,Е^ = е <?В | £0£,

Л

Ъ ) Ж Ш ' "л2 ' ъ -" ^

где а - напряжение; г - деформация; Ео, Е] - модули упругости; Т|о, гц - коэффициенты вязкости.

Для четырехэлементной модели связь между относительной деформацией на входе и напряжением на выходе описывается следующей передаточной функцией: <т(р) _ Е21Т1р + Е2р2

Щр) =

£{Р)

1 тхтг _

1

р+ — 1\Тг

(2)

где

постоянные времени, равные соответствующему отношению коэффициента вязкости демпфера модулю упругости пружины

Определение параметров данной четырехэлементной модели целесообразно осуществлять методом наименьших квадратов по формуле:

Щ + Р

2 Т,+'Г2+в 1

р +-—-—р+—

т,т2 т,т2

(3)

где

значение напряжения с диаграммы релаксации,

полученной на прибор РР/100 с учетом площади поперечного сечения образца, получаемого расчетным путем.

При определении параметров четырехэлементной модели механических свойств хлопчатобумажной двухслойной ткани используется программа на языке в которой для

минимизации функции цели (3) применяется комплексный метод Бокса.

Сравнение экспериментальных и теоретических данных релаксации напряжений показывает высокую точность апроксимации. Относительное смещение экспериментальных данных относительно теоретических составляет менее 5%.

Учет упругих нелинейных свойств в модели релаксации позволяет получить на ее базе модель ползучести ткани, которая использует те же параметры, что и модель релаксации. Найденные параметры четырехэлементной модели механических свойств по каналу ст->8 позволяет получить зависимости деформации от времени при постоянном напряжении, используя следующие передаточные коэффициенты в среде МАТ1АВ:

5 ¿2 . ^ 5 , Е2 | т]2/ЕЛ/Е1 . к

Кг--

Ш Ц Щ Лг'Ег Ц

Для расчета сил при одноосном растяжении применяется модель упрощенной структуры взаимодействия основы и утка (рис 1.).

(4-7)

ткани нитей

Рис. 1. Модель упрощенной структуры взаимодействия нитей основы и утка.

Структурные постоянные для данной модели вычисляются по следующим формулам:

Длина структурного элемента вдоль оси Х| и Хг:

Угол между осью нити и нейтральной линией структуры:

Длина нити в структурном элементе: 1 - Уо' • / - Ую

ht — ~ ! • 'm —

sinft,,

sinfl,,

(12-13)

Расстояние между нейтральной линией структуры и осью нити вдоль оси Хз:

. cos(é?01)/01

cos(0o¡)/M

Коэффициент растяжения:

Л, =1 + £„

} _ 3 Уо1 . 1 _ J .Уо2 лу\ - Л ~Г~ > ' Л/2 -

'0| '02

(14-15)

(16-18)

где щ, Пг - плотность нитей основы и нитей утка в

недеформированном состоянии соответственно; аь &г - уработка

нитей основы и утка соответственно.

Сила сопротивления изгибу: 2М92 Е1

р =-±11-Л (19)

(21ЮУ(1±2^/!Ю)

Растягивающая сила:

Различия между теоретическими и экспериментальными данными растягивающей силы при одноосном растяжении хлопчатобумажной двухслойной ткани составляет менее 5%.

В третьей главе приводится метод проектирования двухслойной ткани переплетением слоев нитями слоев способом "сверху-вниз" с базовым переплетением верхнего и нижнего слоя саржа 3/3.

Исходными данными для проектирования являются: вид сырья, определяемый параметрами параметры

переплетения слоев ткани, определяемые значениями Roi, R02, Rvi.

поверхностная плотность ткани коэффициент отношения плотностей ткани по основе и плотностей ткани по утку (Кр„, Кру); коэффициенты, определяющие высоты волн изгиба нитей верхнего слоя коэффициент изменения

поперечного сечения нитей для верхней и нижней основы и верхнего и нижнего утка

Проектирование двухслойной ткани с соединением слоев способом "сверху- вниз" предлагается проводить в следующем порядке:

1. Определяются диаметры нитей:

до ткачества через средний диаметр (1ср=[(с1о1+с1о2+с1у1+с1у2)]/2; после ткачества

^02'=<ЗсрТ|02> <Зу2,=с1срГ|у2-

2. Определяются высоты волн изгиба нитей ткани:

(21-22)

«01 - Ао1—;—

">1 ~ 0

3. Находятся коэффициенты, определяющие высоты волн изгиба нитей нижнего слоя:

¿01 + ¿у!

т-куг

■2 -К*

(23-24)

4. Уработка нитей основы верхнего слоя- определяется по формуле:

я„, =

КнуЛ, НК + +4?, Ч-Ч..

(25)

5. Уработка нитей основы нижнего слоя определяется по формуле:

зд,+2^+(<*„ -/;, -/„ -/„у*:,

2(4» + ^^-[Л/^+^Л2 + + КН)

6. Уработка нитей утка верхнего слоя определяется по формуле: _

(27)

7. Уработка нитей утка нижнего слоя определяется по формуле:

2Лл1КНог

(28)

8. Определяется средняя уработка нитей основы и утка: "од. - 2 * у ~ 2

9. Определяются плотности ткани по основе верхнего и нижнего слоя ткани:

юад« „ „

[^.^к.+^.У+(*«.-',.У*]

10. Определяются плотности ткани по утку верхнего и нижнего слоя ткани:

11. Определяется общая плотность ткани по основе и утку:

Р<> ~ + ¿02 >

12. Поверхностная плотность двухслойной ткани определяется по формуле:

д/ =_

Р Т

* П1* т

(100-%) (100-яи) (100-й^) (100-а>2)

По предложенному методу была спроектирована хлопчатобумажная двухслойная ткань с соединением слоев нитями слоев способом "сверху-вниз" с базовым преплетением слоев саржа 3/3, предназначенная для изготовления рабочей одежды. В результате расчета получены следующие данные: То1=То2=ТУ1=Ту2=25Х2 текс,, общая плотность ткани по основе Р(р282 нитей/дм, общая плотность ткани по утку Ру== 161 нитей/дм, средняя уработка нитей основы аоср=6,6 %, средняя уработка нитей утка ау ср=10,1 %, поверхностная плотность ткани М]м2=242 г/м2.

В четвертой главе проводились исследования свойств и строения выработанных образцов хлопчатобумажных двухслойных и полутораслойных тканей4 с помощью двухфакторного дисперсионного анализа по следующим формулам:

Суммы квадратов отклонений для факторов Х| и Хг:

•А .А , клонении: .-1.1-1

Общая сумма квадратов:

Сумма квадратов для взаимодействия факторов

я^с - - ^;

_ ,

' г-1'

-

а|*2 -

•ГС.,

(С-1ХГ-1)'

гс(п-1)

Результаты расчетов сведены в таблицы дисперсионного анализа. Проверка значимости оценок дисперсий проводилась по критерию Фишера.

В результате исследования установлено, что:

- вид переплетения исследуемых полутораслойных и двухслойных тканей не оказывает влияния на разрывную нагрузку по направлению основы и утка и разрывное удлинение по направлению основы и утка тканей;

- вид переплетения исследуемых полутораслойных тканей с дополнительным утком оказывает влияние на воздухопроницаемость тканей;

- от плотности ткани по утку зависит разрывная нагрузка по направлению основы и по направлению утка и разрывное удлинение двухслойных тканей, а также разрывная нагрузка по направлению основы и по направлению утка и разрывное удлинение по направлению основы и по направлению утка полутораслойных тканей.

Пятая глава посвящена оптимизации технологического процесса ткачества изготовления исследуемой хлопчатобумажной двухслойной ткани. Ткань имеет следующие характеристики: линейная плотность основы и утка- 25x2 текс, плотность ткани: по основе- 280 н/дм, по утку- 160 н/дм.

В качестве критериев оптимизации выбраны критерии, определяющие основные физико- механические свойства ткани: разрывная нагрузка полоски ткани по основе и утку, воздухопроницаемость ткани.

Для оптимизации технологического процесса ткачества использован план Бокса' В качестве варьируемых факторов приняты: величина угла заступа-X], положение скала по вертикали -заправочное натяжение нитей основы

Математические модели имеют следующий вид: Разрывная нагрузка полоски ткани по направлению основы: У=73,25+0,9Х]+0,773Х2+1,34Х3+0,917X1X2-1,15 8X1X3+

У=3 8,52-5,237Хг 1,813Х2+3,247Х3+0>696Х1Х2-2,121Х,Х3--0,3 625X2X3+5,544Х |2-2,873 Хг+1,427Х*.

У=107,1+1,427Х,+1,193X2+1,793Хз+1,467Х,Х2-1,783Х,Хз+ +0,883Х2Х3+2,9Х12+4,07Х22+2,067Х32. '

Компромиссная задача решалась методом, основанном на построении комплексного показателя эффективности.

В результате расчетов были установлены оптимальные

параметры изготовления двухслойной ткани:

Величина угла заступа- 25 град;

Положение скала относительно уровня грудницы - 15 мм;

Заправочное натяжение нитей основы - 16 сН.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В качестве одной из моделей текстильного материала, учитывающей релаксационные свойства, разработана четырехэлементная модель механических свойств, созданная из последовательно соединенных модели Кельвина- Фойгта и модели Максвелла.

2. Получены экспериментальные и теоретические данные релаксации напряжений двухслойных тканей. Относительное смещение экспериментальных данных относительно теоретических составляет менее 5 %, что показывает высокую точность апроксимации.

3. Найдены параметры четырехэлементной модели механических свойств для двухслойных тканей. Данные параметры позволяют получать как зависимости деформации от времени при постоянном напряжении, так и зависимости напряжения от времени при постоянной деформации.

4. Выведены формулы для определения разрывного усилия ткани при одноосном растяжении ткани. Получено хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных, что свидетельствует о приемлемости предложенных формул.

5. Разработан метод проектирования двухслойной ткани с переплетением слоев нитями слоев способом "сверху- вниз".

6. Предложена геометрическая модель строения двухслойной ткани, с помощью которой выведены формулы для расчета уработки нитей основы и утка верхнего и нижнего слоев ткани.

7. По предложенному методу спроектирована и выработана хлопчатобумажная двухслойная ткань с соединением слоев нитями слоев способом "сверху- вниз".

8. С помощью двухфакторного дисперсионного анализа с качественно- количественными уровнями факторов выявлено влияние вида переплетения ткани и плотности ткани по утку на свойства и строение двухслойных тканей и полутораслойных тканей с дополнительным утком.

9. Определены оптимальные параметры изготовления двухслойной ткани на станке:

- величина угла заступа - 25 град;

- положение скала относительно уровня грудницы - 15 мм;

- заправочное натяжение - 16,1 сН.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах;

1. Карташова Е.Н., Мартынова А.А. Выявление влияния . плотности ткани по утку на свойства и строение тканей сложных переплетений // Тезисы докладов научной студенческой конференции "Актуальные проблемы развития текстильной промышленности". - М.:МГТУ, 2000.

2. Карташова Е.Н. Исследование изменения геометрических и механических свойств пряжи до и после формирования двухслойной ткани. // Тезисы докладов Всероссийской научно - технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (Текстиль - 2001).-М.: МГТУ,2002.

3. Севостьянов А.Г., Карташова Е.Н. Исследование свойств ткани двухфакторным дисперсионным анализом с качественно - количественными уровнями факторов. - Изв. вузов. Технол. тскстил. пром-ти; №3,2002.

4. Севостьянов: А.Г. Карташова Е.Н. Исследование механических характеристик хлопчатобумажной двухслойной ткани при ее деформации. // Тезисы докладов Всероссийской научно - технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (Текстиль- 2002).-М.: МГТУ,2003.

5. Севостьянов А.Г., Карташова Е.Н. Дисперсионный анализ однофакторного эксперимента с качественными уровнями факторов. // Сборник научных трудов аспирантов, №3, МГТУ, 2002.

6. Севостьянов А.Г., Карташова Е.Н. Компьютерные исследования свойств хлопчатобумажной двухслойной ткани. // Тезисы докладов I Международной научно -технической конференции "Перспективы использования компьютерных технологий в текстильной и легкой промышленности" (Пиктел - 2003).- Иваново:ИГТА,2ООЗ.

7. Севостьянов А.Г., Карташова Е.Н. Исследование механических характеристик хлопчатобумажной двухслойной ткани при ее деформации. // Сборник научных трудов аспирантов, №6, Москва, МГТУ, 2003.

8. Севостьянов А.Г., Карташова Е.Н. Компьютерные методы оптимизации процесса формирования хлопчатобумажной двухслойной ткани. // Тезисы докладов Всероссийской научно - технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (Текстиль - 2003).-М.: МГТУ,2003.

ИД №01809 от 17.05.2000

Подписано в печать 29.03.04 Сдано в производство 30.03.04 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Уч.-изд.л. 0,75 Заказ 149 Типаж 80

Электронный набор М1 ГУ, 119991, ул. Малая Калужская, 1

Введение

Глава 1. Состояние вопроса

1.1. Анализ литературных источников

1.1.1. Работы по анализу методов проектирования тканей

1.1.2. Работы по исследованию свойств и строения тканей

1.1.3. Работы, посвященные взаимосвязи между напряжением и деформацией в текстильных материалах

1.1.4. Работы, посвященные оптимизации технологического процесса ткачества

1.2. Теоретическая и экспериментальная базы исследования

1.3. Задачи исследования 29 Выводы по главе

Глава 2. Взаимосвязь напряжений и деформаций в текстильных материалах.

2.1. Разработка модели взаимосвязи напряжений и деформаций для ткани.

2.2. Методы определения параметров уравнения взаимосвязи напряжений и деформаций для тканей при их растяжении

2.2.1. Метод определения параметров уравнения состояния по кривым релаксации для двухслойных тканей

2.3. Теория одноосного деформирования ткани

2.3.1. Структурная модель взаимодействия нитей основы и утка в ткани

2.3.2. Определение уравнений равновесия для одноосного деформирования ткани

2.3.3. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов

Выводы по главе

Глава 3. Проектирование хлопчатобумажной двухслойной ткани по заданной поверхностной плотности

Выводы по главе

Глава 4. Исследование свойств тканей сложных переплетений 84 4.1. Исследование разрывных характеристик тканей сложных переплетений с применением двухфакторного дисперсионного анализа с качественно - количественными уровнями факторов с несколькими наблюдениями

4.2. Исследование воздухопроницаемости тканей сложных переплетений с применением двухфакторного дисперсионного анализа с одним наблюдением

Выводы по главе

Глава 5. Оптимизация технологического процесса ткачества

5.1. Выбор критерия оптимизации

5.2. Выбор параметров оптимизации

5.3. Влияние технологических параметров на параметры оптимизации

Выводы по главе

Переход от плановой экономики к рыночным отношениям коренным образом изменил ситуацию в России. Проводимые реформы изменили механизм деятельности многих предприятий, в том числе и текстильных. Условия полной самостоятельности вынудили предприятия отрасли резко изменить характер финансовой политики, структуру производства.

Объемы производства снизились с миллионов до тысяч, а то и сотен метров в год. Данная ситуация объясняется тем, что в условиях нестабильной экономики нашей страны ввоз товаров из-за границы обходится гораздо дешевле, чем производство аналогичных товаров на отечественных предприятиях. В условиях жесткой конкуренции со стороны зарубежных производителей, ткани отечественного производства стали уступать не только в качестве, но и в цене, что привело к застаиванию предприятий, вынужденным остановкам производства. Большинство предприятий оснащено технически устаревшим оборудованием, что не позволяет в значительной степени повысить производительность и расширить ассортимент выпускаемой продукции.

В сложившейся ситуации наиболее жизнеспособными оказались предприятия, которые сумели уменьшить себестоимость продукции, улучшить ассортимент и качество выпускаемых изделий. В связи с этим постановка вопроса о проектировании тканей является актуальной и своевременной темой.

Разработка новых видов тканей и исследование их свойств, проектирование тканей по заданным параметрам, определение оптимальных параметров изготовления тканей — это основное направление расширения ассортимента выпускаемых конкурентноспособных тканей.

Прочностные характеристики ткани при растяжении являются важными показателями, позволяющими судить о поведении и долговечности ткани при механическом воздействии в процессе эксплуатации. Согласно техническим условиям, в зависимости от своего назначения, ткань должна обладать определенными прочностными свойствами. Особенно жесткие требования предъявляются к прочностным характеристикам тканей для рабочей одежды. Поэтому, во многих случаях, значения разрывной нагрузки и разрывного удлинения ткани являются одним из критериев оптимизации.

Как правило, в процессе эксплуатации ткань подвергается нагрузкам, лежащим намного ниже, чем разрывные. Поэтому проведение теоретических и экспериментальных исследований прогнозирования деформационных характеристик ткани на базе современных представлений о взаимосвязи напряжений и деформаций в текстильных материалах с учетом протекающих в них реологических процессов позволит предсказать поведение ткани под воздействием эксплуатационных нагрузок.

Таким образом, целью настоящей работы является проектирование двухслойных тканей с заданными механическими и геометрическими характеристиками.

Научная новизна заключается в том, что:

- разработаны уравнения состояния для ткани . на основе четырехэлементной модели механических свойств для деформации растяжения, учитывающие релаксационные свойства текстильных материалов;

- предложен метод проектирования хлопчатобумажной двухслойной ткани по заданной поверхностной плотности;

- определены факторы, в наибольшей степени оказывающие влияние на условия изготовления двухслойной ткани;

- предложен метод двухфакторного дисперсионного анализа для исследования свойств и строения тканей сложных переплетений.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

- спроектированы и изготовлены хлопчатобумажные двухслойные ткани с различным видом переплетения слоев и различной плотность ткани по утку;

- найдены параметры четырехэлементной модели механических свойств выработанных тканей;

- - определены оптимальные технологические параметры изготовления данной хлопчатобумажной ткани.

Обоснованность научных положений и выводов подтверждается корректным использованием современных методов и средств исследования, хорошим совпадением расчетных и экспериментальных данных.

Автор защищает:

- метод определения параметров уравнения взаимосвязи между напряжением и деформацией двухслойных тканей , отражающего его релаксационные свойства с помощью четырехэлементной модели;

- выведенные формулы для расчета разрывного усилия при одноосном растяжении ткани;

- метод проектирования двухслойной ткани с соединением слоев нитями слоев способом «сверху - вниз» по заданной поверхностной плотности;

- результаты исследования влияния вида переплетения ткани, плотности ткани по утку на строение и свойства тканей сложных переплетений;

- оптимальные технологические параметры изготовления хлопчатобумажной двухслойной ткани с соединением слоев способом «сверху — вниз».

Общие выводы.

1. В качестве одной из моделей текстильного материала, учитывающей релаксационные свойства, разработана четырехэлементная модель механических свойств, созданная из последовательно соединенных модели Кельвина- Фойгта и модели Максвелла.

2. Получены экспериментальные и теоретические данные релаксации напряжений двухслойных тканей. Относительное смещение экспериментальных данных относительно теоретических составляет менее 5 %, что показывает высокую точность апроксимации.

3. Найдены параметры четырехэлементной модели механических свойств для двухслойных тканей. Данные параметры позволяют получать как зависимости деформации от времени при постоянном напряжении, так и зависимости напряжения от времени при постоянной деформации.

4. Выведены формулы для определения разрывного усилия ткани при одноосном растяжении ткани. Получено хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных, что свидетельствует о приемлемости предложенных формул.

5. Разработан метод проектирования двухслойной ткани с переплетением слоев нитями слоев способом "сверху- вниз".

6. Предложена геометрическая модель строения двухслойной ткани, с помощью которой выведены формулы для расчета уработки нитей основы и утка верхнего и нижнего слоев ткани:

- уработка нитей основы верхнего слоя ткани:

- уработка нитей основы нижнего слоя ткани: 2(</„-[*;/(</«,+с!уг)]2 +2 ,]12уФ2+/22у2 +(</„ -/;, -/;,-1уЛукНу

2 — / ■ ----- ~ / "------ >

2(4* + ^^ " ^ ^ + ^ + 2 + Щг / ^Ну

- уработка нитей утка верхнего слоя ткани: д 2^+И'2-2 / + И2Х + [(/,,/„, + ^ - 1уХ К, ]/ Кнл - 21^ '

- уработка нитей утка нижнего слоя ткани:

2с1о\1КНо2 + + ^2+Кг)2 ~ [Уо 1 +(^1

2<4 / + 2^2оф2 + (К2+Ь'о2)2

7. По предложенному методу спроектирована и выработана хлопчатобумажная двухслойная ткань с соединением слоев нитями слоев способом "сверху- вниз".

8. С помощью двухфакторного дисперсионного анализа с качественно-количественными уровнями факторов выявлено влияние вида переплетения ткани и плотности ткани по утку на свойства и строение двухслойных тканей и полутораслойных тканей с дополнительным утком.

9. В результате экспериментальных исследований образцов двухслойных тканей по матрице планирования Бокса установлены регрессионные зависимости свойств и строения ткани от величины угла заступа (Х\), положения скала по вертикали относительно уровня грудницы (Х2), заправочного натяжения нитей основы (Хз), выраженные уравнениями:

- разрывная нагрузка полоски ткани по направлению основы

У 1=73,25+0,9X1+0,773Х2+1,34ХЗ+0,917X1X2-1Д 58X1X3+1,95Х12+ +2,717Х22+1,283Хз2

- разрывная нагрузка полоски ткни по направлению утка

У2=38,52-5,237Хг1,813Х2+3,247Х3+0,696X1X2-2,121Х1Хз-0,3625Х2Хз+ +5,544Х12-2,873Х22+1,427Х32

- воздухопроницаемость ткани

У3=107,1+1,427X1+1,193Х2+1,793Хз+1,467Х1Х2-1,78ЗХ1Х3+0,883Х2Х3+ +2,9Х!2+4,07Х22+2,067Х32

По полученным уравнениям регрессии построены двухмерные сечения поверхностей отклика. Ю.Построение комплексного показателя эффективности позволило определить оптимальные параметры изготовления двухслойной ткани на станке, а именно:

- величина угла заступа - 25 град;

- положение скала относительно уровня грудницы - 15 мм;

- заправочное натяжение -16,1 сН.

1. Алексеев К.Г. Основы расчета параметров строения и формирования тканей. -М.: Легкая индустрия, 1973.- 168 с.

2. Акимов Г.И. Исследование процесса формирования двухслойных шерстяных тканей на бесчелночных ткацких станках СТБ. Дисс. . канд. техн. наук.- М., 1979.- 271 с.

3. Ashenhurst. Textile calculations and the structure of fabrics. 1884.

4. Ахназарова С.Л., Кафаров B.B. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. М.: Высшая школа, 1985.- 327 с.

5. Брайерлей С. Теория и практические методы расчета плотности ткани, пер. под редакцией Кутепова О.С. М.: Гизлегпром, 1937. -136 с.

6. Васильев А.В. Создание оптимального строения ткани для рабочей одежды и технологии ее изготовления. Дисс. . канд.техн.наук. — М., 1985.- 192 с.

7. Власов П.В. Нормализация процесса ткачества. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, 296 с.

8. Власов П.В., Шосланд Я., Николаев С.Д. и др. Оптимизация процесса ткачества. -М.: МТИ, 1983. 100 с.

9. Власов П.В. и др. Прогнозирование технологического процесса ткачества. М.: МТИ, 1988.- с. 4-15.

10. Власова Н.А. Проектирование и исследование строения технических тканей из нитей типа бикарбалон. Дисс. . канд.техн.наук. — М., 1980.- 189 с.

11. И.Воробьев В.А. Метод расчета при построении шерстяной пряжи и ткани.-М.: Легкая индустрия, 1964.-361 с.

12. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие для вузов. Изд. 7-е. М.: Высшая школа, 2000. - 479 с.

13. Гольберг И.И. Механическое поведение полимерных материалов. -М.: Химия, 1970- 192 с.

14. Гордеев В.А. Динамика механизмов отпуска и натяжения основы ткацких станков. -М.: Легкая индустрия, 1964. 220 с.

15. Grosberg P., Kedia S. The mechanical properties of woven fabrics. Part I: The initial load extension modulus of woven fabrics.// Textile Res. Journal. 1966. - № 1.-p. 71-78.

16. Дамянов Г.Б., Бачев Ц.З., Сурнина Н.Ф. Строение ткани и современные методы ее проектирования. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 240 с.

17. Дмитриев О.Ю. Определение параметров четырехэлементной модели механических свойств в текстильных материалах // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2002. - №2.- с. 17-19.

18. Евсюкова Е.В. Разработка технологических параметров изготовления технической ткани из углеродных нитей. Дис. . канд.техн.наук. М., 1990. - 152 с.

19. Зотова Н.К. Определение оптимальных параметров изготовления полутораслойных тканей. Дис. . канд.техн.наук. М., 2001. - 211 с.

20. Калинина В.Н., Панкин В.Ф. Математическая статистика. М.: Высшая школа, 1994. - 336 с.

21. Kawabata S., Masako Niwa, Kawai H. The finite- deformation theory of plain weave fabrics. Part I: The biaxial - deformation theory// Journal of the Textile Inst. - 1973.- №1.-p. 21-46.

22. Kawabata S., Masako Niwa, Kawai H. The finite- deformation theory of plain weave fabrics. Part II: The uniaxial - deformation theory// Journal of the Textile Inst. - 1973. - №2. - p. 47-61.

23. Кобляков А.И. и др. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению. М.: Легпромбытиздат, 1986. - 344 с.

24. Колтунов М.А. Ползучесть и релаксация. М.: Высшая школа, 1976.- 277 с.'

25. Корицкий К.И. Инженерное проектирование текстильных материалов. М.: Легкая индустрия, 1971, - 352 с.

26. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для (научных работников и инженеров). М.: Наука, 1973. - с.

27. Корсакова В.Б. К вопросу проектирования пальтовых тканей драповой группы с учетом их эксплуатационных свойств. Дис. . канд.техн.наук. М., 1969. - 174 с.

28. Кудинов А.Е. Матричные методы в математическом планировании эксперимента. Учеб. пособие. М.: МТИ, 1986. - 72с.

29. Кузьмин В.В. Разработка метода проектирования петельных тканей по заданным параметрам. Дис. . канд.техн.наук. -М., 2000.- 213 с.

30. Кукин Г.Н. и др. Текстильное материаловедение ( текстильные полотна и изделия ). 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Легпромбытиздат, 1992.- 272 с.

31. Кукин Г.Н., Соловьев А.Н. Текстильное материаловедение. Часть III. М.: Легкая индустрия, 1967. - 302 с.

32. Кутепов О.С. Строение и проектирование тканей. М.: Легпромбытиздат, 1988. - 224 с.

33. Левакова Н.М. Определение оптимальных параметров строения и условий изготовление ситовых тканей: Дис. . канд.техн.наук.- М., 1989.-194 с.

34. Литовченко А.Г. Разработка метода проектирования и оптимальных параметров изготовления ткани из комбинированных нитей: Дис. . канд.техн.наук., М., 1995.- 103 с.

35. Leaf G. А. V., Kandil К.Н. The initial load- extension behaviour of plain- woven fabrics// J. Text. Inst.- 1980.- №1.- p. 1-6.36.-Логвинов A.H. Разработка методов проектирования строения и свойств тканых лент: Дис. . канд.техн.наук.- М, 2000.- 145 с.

36. Lomov S.V., Truevtzer A.V., Cassidy С. A predictive model for the fabric to - yarn bending stiffness ratio of a plain - woven set fabrics // Textile Res. J.-2000.-№ 12.-p. 1088- 1096.

37. Мартынова A.A. Факторы строения ткани, влияющие на прочность ткани на раздирание. Конспект лекций. М.: МТИ, 1985. - 25 с.

38. Мартынова A.A., Слостина Г.А. Власова H.A. Строение проектирование тканей. М.: РИО МГТА, 1999.- 434 с.

39. Матуконис A.B. Производство, свойства и применение неоднородных нитей. М.: Легпромбытиздат, 1987. -136 с.

40. Меркулов A.B. Разработка метода проектирования и оптимальных параметров изготовления ворсовых тканей: Дис. Г. канд.техн.наук. -М., 1997.-224 с.

41. Мигушов И.И. Механика текстильной нити и ткани. Моногр.- М.: Легкая индустрия, 1980. 160 с.

42. Милашюс В.М. Исследование релаксационных свойств тканей. Автореферат дис. . докт.техн.наук. Каунас, 1974.-38 с.

43. Milasius V. An Integrated structure factor for woven fabrics. Part I: Estimation of the weave // J. Text. Inst. 2000. - № 2.- p. 268- 284.

44. Николаев С.Д. Прогнозирование технологических параметров изготовления тканей заданного строения и разработка методов их расчета: Дис. . докт.техн.наук. -М., 1988. -470 с.

45. Николаев С.Д. Прогнозирование изготовления тканей заданного строения. М.:МТИ, 1989. - 62 с.

46. Николаев С.Д. Исследование строения тканей на основе нелинейной теории изгиба вязкоупругих стержней // Вестник МГТУ.- 2000,- с. 23-25.

47. Николаев С.Д., Юхин С.С., Евсюкова Е.В. Методы расчета параметров напряженно деформированного состояния нитей на ткацком станке при изготовлении тканей различных переплетений: Учебное пособие. - М.: МГТУ, 2002. - 40 с.

48. Николаев С.Д., Мартынова A.A., Юхин С.С., Власова H.A. Методы и средства исследования технологических процессов в ткачестве. -М., 2003.-336 с.

49. Новиков Н.Г. О строении ткани и проектировании ее с помощью геометрического метода // Текстильная промышленность. 1946. -№№2,4.-с. 9-17, 8-24.

50. Оников Э.А. Расчет показателей элементов ткани полотняного переплетения в опушке. Сборник научных трудов ЦНИХБИ. М.: Легкая индустрия, 1964.

51. Оников Э.А. и др. Справочник по хлопкоткачеству. М.: Легкая индустрия, 1979. - 487 с.

52. Оников Э.А. Непрерывный процесс тканеформирования: условия эффективности, параметры и опытная реализация: Дис. докт.техн.наук. М., 1981.- 462 с.

53. Peirce Т. The geometry of cloth structure., 1937.

54. Поздняков Б.П. Выборочный контроль качества текстильной продукции. М.: Легкая индустрия, 1969. - 440 с.

55. Porluri P., Ariadurai S.A., Whyte I.L. A General theory for the deformation behaviour of non plain - weave fabrics under biaxial loading // J. Text. Inst.- 2000. - № 4. - p. 493 - 508.

56. Realff M.L., Boyce M.C., Backer S. A micromechanical model of the tensile behaviour of woven fabrics // Textile Res. J. 1997. -№ 6. — p.445- 459.

57. Розанов Ф.М. и др. Строение и проектирование тканей. М.: Госуд. научно-технич. из-во мин. пром.товаров, 1953.- 472 с.

58. Севостьянов А.Г. Исследование экстремального участка факторного пространства, описанного полиномом 2-го порядка. Учеб. пособие.-М.:МТИ, 1979.-40 с.

59. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико -технологических процессов текстильной промышленности. М.: Легкая индустрия, 1980. - 392 с.

60. Севостьянов А.Г., Севостьянов П. А. Моделирование технологических процессов. М.: Легкая и пищевая пром -ть, 1984. -344 с.

61. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А. Оптимизация механико -технологических процессов текстильной промышленности. М.: Легпромбытиздат", 1991. - 256 с.

62. Синицын А.А. Проектирование пряжи и ткани по крепости на разрыв. М.: Гизлегпром, 1932. - 255 с.66.. Склянников В.П. Оптимизация строения и механических свойств тканей из химических волокон. М.: Легкая индустрия, 1974. - 168 с.

63. Склянников В.П. Строение и качество тканей. М.: Легкая и пищевая пром- ть, 1984. - 176 с.

64. Скорикова А.И. Проектирование полушерстяных плательных тканей оптимального строения: Дис. . канд.техн.наук. -М., 1981.- 209 с.

65. Сталевич А.И. Исследование упруго релаксационных свойств синтетических волокон технического назначения: Автореферат докт.техн.наук.-Ленинград, 1973.

66. Сталевич А.И. Деформирование высокоориентированных полимеров. Часть I: Теория линейной вязкоупругости. Конспект лекций.-СПб, 1995.-79 с.

67. Сталевич А.И. Деформирование высокоориентированных полимеров. Часть И: Теория нелинейной вязкоупругости. Конспект лекций. СПб, 1997. - 136 с.

68. Степанов Г.В. Создание и технология получения технических тканей для производства композиционных материалов. Автореферат дис. .докт.техн.наук.- Кострома, 1985. -46 с.

69. Степанов Г.В. Обобщенная математическая модель строения ткани // Изв. вузов. Технология текстильной пром - ти.- 1992. - №1. - с. 4648.

70. Степанов Г.В. О геометрической форме осевой линии нити в элементе ткани // Изв. вузов. Технология текстильной пром -ти. -1993,-№5.-с. 38-41.

71. Сурнина Н.Ф. Проектирование ткани по заданным параметрам. -М.: Легкая индустрия, 1973. 142 с.

72. Тканые конструкционные композиты: пер. с англ. под ред. Т.-В. Чу и Ф. Ко.-М.: Мир, 1991.-432 с.

73. Fengjun Shi, Jinlian Hu, Tongxi Ju. Modeling the creasing properties of woven fabrics // Textile Res. J. 2000. - №3. - p. 247 - 255.

74. Ферри Д. Вязкоупругие свойства полимеров. M.: Изд. иностранной лит -ры, 1963. - 536 с.

75. Черникина JI.A. Проектирование шерстяных тканей по заданным . свойствам. Конспект лекций. М.: МТИ, 1973. - 38 с.

76. Шеффе Г. Дисперсионный анализ. -М.: Наука, 1980. 512 с.

77. Широва Е.А. Исследование и разработка автоматизированного метода расчета натяжения основных и уточных нитей на ткацких станках: Дис. . канд.техн.наук.-М., 1999. -200 с.

78. Щербаков В.П., Журек В. Определение механических характеристик и расчеты нитей по теории вязкоупругости. М.: МТИ, 1980.

79. Щербаков В.П. Научные основы переработки нитей в трикотажном производтве: Дис. . докт.техн.наук. М., 1984. - 324 с.

80. Щербаков В.П. Введение в наследственную механику текстильных материалов. Учебное пособие. М.: РИО МГТА, 1996. - 42 с.

81. Щербаков В.П. Прикладная механика нити: Учебное пособие. М.: РИОМГТУ, 2001.-302 с.

82. Юхин С.С. Прогнозирование и разработка технологии изготовления высокоплотных тканей на бесчелночном ткацком станке: Дис. . докт.техн.наук. М., 1996. - 400 с.

83. Юхина Е.А. Определение оптимальных параметров строения и условий изготовления хлопколавсановых тканей: Дис. .канд.техн.наук. -М., 1984. 179 с.

84. Ямщиков C.B. Взаимосвязь напряжений и дёформаций в нитях и ткани для деформации растяжения // Изв. вузов. Технология текстильной пром -ти. 1995. - №№ 3,4. - с. 35 - 39, 36-41.

85. Ямщиков C.B. Деформация нитей основы на ткацком станке с подпружиненной скальной системой // Изв. вузов. Технология текстильной пром -и. - 1995. - № 6. - С. 31 - 34.

86. Ямщиков C.B. Развитие теории формирования ткани и методов прогнозирования технологических параметров процесса ткачества: Дис. . докт.техн.наук. Кострома, 1997. - 580 с.