автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка методов определения параметров текстильных материалов при изгибе

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РФ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ ЙВАНОВСКИИ ТЕКСТИЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ИМ.М. В.ФРУНЗЕ

2 ' ад

он

» I

На правах рукописи

УДК [б77.017.44:Б31.з] 001.24 АХМАД АЛИ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХСТКШ1ЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ШПШЕ

Специальности: 06.19.03- Технология текстильных материалов 05.02.13- Машины и агрегаты легкой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени' кандидата технических наук

ИВАНОВО - 1994

Работа выполнена в Ивановском текстильном институте им. и.В.Фрунзе.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор (Мигушов И.И. |

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Степанов Г.В., кандидат Технических наук, доцент Шмелев В. А. Ведущее предприятие

Акционерное общество ■ "Куровской текстиль". Московской области

Залита диссертации состоится " 29 ".... июня........ 1994 г.

в ____11...... часов на заседании диссертационного Совета

К 063.33.01 Ивановского текстильного института им. М.В.Фрунзе по адресу: 1БЗООО, г.Иваново, пр. Ф.Энгельса, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, в двух экземплярах просим направлять в адрес института.

Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета К 063.33.01, кандидат" технических наук, доцент

Н.А.КЩД*

АННОТАЦИЯ

Внесены порыв элементы в классификацию геометрических Зорм ¡гиба и физических методов определения характеристик иэгибной зсткости материалов. Обоснована часть обобщенной теории изгиба гкстильных материалов. Разработан экспериментально - аналитически метод определения величин коэффициентов жесткости и элас-лчности нити и ткани на изгиб. Разработаны элементы теории ме-аники нити с учетом сцепленности контактирующих нитей со звеньями механизмов текстильных машин.

Рассмотрены прикладные задачи дьикения нити и ткали по алравляшим с малым диаметром в текстильных машинах. Получены исленные расчеты на ЭВМ натяжения и характеристик иэгибной жест-ости нити и ткани

Результаты работы рекомендуется НИИ, СКВ и вузам при опре-юлении исходных данньж при исследовании и проектировании основных технологических процессов и исполнительных механизмов текс-•ильных машин.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

1. Обсйщенную классификацию геометрических форм изгиба и физических методов определения характеристик изгибьой жесткости текстильных материалов.

2. Элементы обобщенной теории изгиба текстильных материалов.

3. Формулы для расчета коэффициентов иэгибной жестгости и

г

эластичности нити и ткани.

4. Экаериментально-аналитический метод определения кэзф-1

- 3 -

Зициештсш иэгибпоЛ жесткости текстильных материалов с учетом их релаксационных свойств.

б. Определение натьжения лиги с у чаюй ее сцоллинности с напревлякшей.

в. Прикладныз задачи механики нити и ткани и тмкс|илын»« процессах и машин (при прохождение нити в галавах ремиз, по трико тамным и швейным иглам и др.) .

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАШШ

I»

АКТУАЛЬНОСТЬ ТШ ДИОСЕРТАЦЩ.

В развитии современол техники и технологии текстильного производства все более возрастает роль науки. Научно обоснованные методы расчета и проек.ирования механических параметров техноло-ических объектов текстильного производства базируется на использовании аналитических и экспериментальных методов механики нити и ткани. В связи с непрерыъным и резким увеличением рабочих скоростей движения нитей и тканей и разработкой ковш принципов текстильной технологии механика нити и ткани приобретает вив большую актуальность в решении сданных динамических проблем, возникавших при совершенствовании судествуишх и проектировании носых технологических процессов и ыашн текстильного производства

В настоящее время наиболее полно изучена механик! идеально гибкой ити, в ней считается жесткость нити на изгиб * кручение ну лесс*. Однако, а реальных условиях текстильных процессов иэги-бна* и крутильная ввсткости нити часто играггг ввеъиа существенную роь. Для исследования этих процессов механика кдваьно гибкой К1ТИ оказывается неприемлемой, поскольку она не описиавт натя-

жение и форму оси нити *1ли ткани при скольжонии по стержням малых радиусов кривизны, когда значительное влияние на величину натяжения нити и ткани оказывает их жесткость и другие факторы. Существуют и другие процессы сильного изгиба нити и ткани, в которых параметры напряженно-деформированного состояния нитей зависят от жесткости нити на изгиб. Кроме того, в технологических процессах нити и ткани подвергается изгибу в динамических условиях. Поэтому при аналитическом исследовании этих процессов необходимо использовать механику нити жесткой на растяжение и изгиб.

Исследования в области текстильного материаловедения показывает, что в реальных условиях большинство текстильных материалов проявляют одновременно свойства упругости, вязкости и эластичности при нелинейной зависимости напряжение-деформация.

Существующие методы расчета механических параметров текстильных материалов в динамических условиях их технологической обработки в основном базируются на статических и квазистатических методах, что часто не соответствует действительности.

В связи с этим необходимо разработать уточнение методы расчета динамических параметров текстильных материалов при изгибе с учетом реальных свойств и условий их технологии переработки.

При проведении исследования учитивалось, что нить или тканъ, подвергаясь различным механическим воздействиям, является одновременно и объектом технологической обработки, и гибким, деформируемым эвеном механизма машин. Такие механизмы (механические системы) ткань или нить образует с направляющими и движущими звеньями механизмов в различных текстильных машинах. Методы исследования и проектирования таких механических систем с нитями

- 6 -

пял тканью долены удовлетворять требованиям механики машин и текстильной технологии.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИХУЩДОВАИИЯ.

Целью данной работы является разработка усовершенствованных штодов расчета динамических параметров текстильных материалов при их изгибе с учетом нелинейных законов деформации и релаксации, результаты которых в дальнейшем используются для научно обоснованного исследования и проектирования технологических процессов и исполнительных механизмов текстильных, трикоталных, швейных и других кашин.

Для достипэния указанной цели необходимо решить следу одна задачи:

1. Провести аналитический обзор научной литературы по теории к методам прикладной механики нити и ткани, а также определить перспективное направление их обобщения и усовершенствования.

2. Разработать обобщенную классификацию'геометрических форы изгиба, и физических, методов определения иэгибной кесткости катериалэв.

3. Разработать обобщенную теорию изгиба текстильных материалов и теоретически обосновать метод определения коэффициента шсткости и эластичности нити и ткани при изгибе на основе нелинейной механики нити и ткани.

■4. Разработать экспериментально-аналитический метод определения коэффициентов песткости и эластичности нити и ткани при изгиба.

Б. Решить уравнение движения жесткой нити и ткани по цили-

-6 -

ндру с учетом их силы сцвллвнности.

6. Провести экспериментальные измерения и аналитические расчеты иэгибной жесткости текстильных материалов.

7. Решить конкретные прикладные задачи механики нити а текстильных процессах и машин.

ОБЩАЯ МЕТОДИКА ИОСЛЕДОВАЮИ.

Работа содержит как теоретическиз, так и экспериментальный исследования. В теоретических исследованиях использованы метод* теоретической механики, дефференциалького и интегрального исчисления, механики нити и ткани, математики и текстильного г«ат&рм&-ловедэния.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

В диссертационной работе впервые получены слвдукяиэ-. результаты:

- разработаны элементы обобивнной классификации геомвтричвс-ких форм изгиба и физических методов определения кзгиСноЯ маст-кости материалов;

- разработаны элементы обобщенной теории изгиба текстильных и других материалов ;

- разработан экспериментально-аналитический метод для олрэ- г' деления коэффициента иэгибной жесткости текстильных иатериалоа;

- получены уравнения для расчета коэффициентов иэгибной иэст-кости нити и ткани, натруценной сосредоточенной нагрузки с уметом

фактора времени;

- получено уравнение движения жесткой нити по круглому цилиндру с учетом силы сцепленности;

- выполнены расчеты несколько прикладных задач механики нити в текстильных процессах и машинах.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ.

Разработанные элементы обобпвнной классификации геометрических форм изгиба и физических методов определения изгибной жесткости текстильных материалов служат базой при исследований и разработка методов и средств определения деформационных характеристик изгибной жесткости текстильных материалов.

Разработанный на основе теории нелинейной механики нити и ткани экспериментально - аналитический метод определения коэффициента изгибной жесткости текстильных материалов может быть использован в текстильном материаловедении, а. также для численных расчетов параметроь состояния нити и ткани в текстильных процессах и машин.

АПРОБАЦИЯ ПАШИ.

Основные результаты и отдельные положения работы докладывались и обсуждались на:

- международной научно-технической конференции * Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства* <Црогресс-вЗ), Иваново, 1693 г.

- расширенном засидании кафедры ТЫ и ГГГЧ Ивановского текстильного института им. М.В.Фрунзе. 199-4 г.

ПУБЛИКАЦИИ.

По материалам диссертации публиковано 6 научных работ, в том числе две статьи в журнале " Технология текстильной промышленности ", две депонированных статти по НИР, тезисы двух докладов на научно-технической конференции.

ОБЪЕМ ДЮСЕРГАЦИИ.

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав с выводами, общих выводов, списка использованной литературы и приложения.Общий объем работы - 140 машинописных страниц. Основная часть работы содержит 136 стр.. в том числе 46 рисунков на 36 стр., в таблиц на ? стр., список использованной литературы из 66 наименований на 6 стр. , акт внедрение о учебном процессе, а также программы расчетов на ЭВМ .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЦ

ВВЕДЕНИЕ содержит обоснование актуальности работы, ео цели и задачи, научную новизну и практическую ценность работы.

Первая глава посвящена аналитическому обзору работ по вопросам теории изгиба, методам и средствам определения характеристик изгибной жесткости текстильных материалов, а также методам расчета параметров нити и ткани при их скольжении по налравлямаим

налог j диаметра.

В последнее время изучению вышеизложенных вопросов уделяется большое внимание. Это объясняется широким применением текстильных материалов в различных областях техники, а также тенденциями резкого увеличения скоростей современных текстильных машин и необходимостью решения задач по определеию расчетных нагрузок, являющихся исходными данными при проектировании машин.

В области определения коэффициента изгибной весткости текс-тильь.« материалов следует отметить работы Пирса Ф., Соловьева А.Н., Лазаренко В.М., Мигувов И. И. и др. Анализ данных робот показал, что применяемые и предлагаемые методы определении изгибной ывсткости текстильных материалов имеют определенные преимущества и в то ив время имеют ряд недостатков. Использование этих методов для испытания затруднительно, и измерение модуля нест-кости происходит часто косвенным образом через измерение других величин.

Гы теории-изгиба Попов Е.П., Полухин В.П. ,3ак И.О., Каган В.М. и др. считают, что нить и ткань являются совершенно упругие и зависимость налряшниа-двфориашя линейная. Однако в реальных условиях большинство текстильных материалов проявляют одновременно свойство упругости, плг^стичности и эластичности при нелинейной зависимости наприавние-дефориация.

По результатам обзора, было установлено, что при изучении технологических процессов текстильного производства недостаточно Исследовано влияние изгибной *жвсткости текстильных материалов. Разработанные к судаствуотие методы определения коэффициента изгибной иэсткпсти нити или тчлни являются привлеченным и косвенно -сравнительнши .

Для решения этих задач необходимо применение теории нелинейной механики нити и ткани. К исследовании в этой области мопно отнести работы Мигушова И. И., Кагана В.М. , Васильченко 8.Н. и др. Эти работы являются исходными по данным вопросам.

Учитывая выше изложенное, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, в которые входят разработка обобщенной классификации геометрических форм изгиба и физических методов определения иэгибной жесткости текстильных материалов, разработка уточненной теории нелинейной механики нити и ткани, исследование метода определения коэффициента иэгибной жесткости нити и ткани, решение уравнения движения нити по круглому цилиндру с учетом силы сцепленности, анализ полученного аналитического решения задачи на численном примере для различных задач.

Вторая глава посвящена разработке обобщенной классификации геометрических форм изгиба и физических методов определения иэгибной жесткости текстильных материалов.

С геометрической точки зрения существуют разнообразные схемы изгиба нити и ткани, которые можно разделить на несколько групп по виду конфигурации, по симметрии формы осей материалов, по характеру изменения кривизны, предлагаемая классификация физических методов определения коэффициента иэгибной кесткости учитивавт характер деформации материала, нагрузок, двйстоукшх на изгибаемый материал, количество закреплений концов образца, конфигурации оси материала в недеформированном и в деформированном состоянях и по типу определяемых характеристик иэгибной весткости и используемой теоретической модели изгиба исмып&ае-кдэго материала.

Третья глава содержит теоротичоскип основы ыпмоникн иэги-

баемой нити или ткани, разработку экспериментально-аналитического метода определения релаксационных характеристик изгибной жесткости и решение уравнения движения нити по круглому цилиндру. Теоретическими предпосылками для проведения настоящего исследования являлись известные работы по вопросам нелинейной механики нити и ткани, жесткой на изгиб.

Изучая состояние нити или ткани, находящейся под действием сосредоточенной нагрузки, получены Формулы натяжения нити вдоль ее оси и уравнения формы оси материала с учетом жесткости нити или ткани на изгиб. При этом учитывалась нелинейная зависимость между изгибающим моментом М„ и кривиэный К материала.

где^, - соответственно начальный и конечный коэффициенты изгибной жесткости материала;

ф, , С, - коэффициенты нелинейности. Для оценки изгибной жесткости текстильных материалов исследован изгиб материала под действием сосредоточенной нагрузкий.

При изгибе текстильных объектов (нити, ткани) в горизонтальной плоскости с учетом релаксации разработан экспериментальна--еналитический метод определения начального Ва и конечного ЕЦ коэффициентов изгибной жесткости текстильных материалов. Кроме того, установлены релаксационные характеристики жесткости.

Формулы для расчета коэффициентов изгибной жесткости имеют

- 12 -

следующий вид: о

В "

" ' о/, ... /у, г, (О \

Л---

и ь

где^.^р - соответственно начальное и конечное внешне усилия;

¡1„ • Ьк

высота волны изгиба соответственно в начала и б конце релаксационного процесса;

, - углы изгиба образца, соответственно в на'алы и в конце релаксационного процесса.

Таким образом, для определении начального и конечного коэффициентов иэгибной жесткости изделия необходимо измерить вели(ины > . {¡^ . и ^ , ¡1%, Щ , а затем вычислить искони величины Вм и В* .

Для ткани сатин арт. &40 изгибали полоску ткани длиной 60 мм по основе и шириной 30 мм по утку. Указанным методом определены В, -7,2 Н'мы2 и В, -<3,1 Н'мм2 , а также для нити линейной плотности 2Б текс были вычеслены коэффициенты иэгибной жесткости и составляли В, -6,4-102 Н ми2 и В, «а,1-102 Н им2 .

Исследовано движение нити по направлявшей поверхности с учетом силы сцвпленности. 1Ь реакция системы деффвренциальных уравнений получаны уравнения взаимосвязи натяжения между аедудай и ведомой ветвями нити. Получению выражение показывает в/ияние коэф^циента иэгибной жесткости, силы сцвпленности поверхности, угла охвата нитью цилиндричесюй поверхности, радиус нити и цилиндра.

Чзтвертая глава содержит описание прибора для определения характеристик иэгибной жесткости материалов, изгибаемых под действием сосредоточенных нагрузок, где образец жестко закреплен с двух концов и изгибается в горизонтальной плоскости, а также результаты экспериментальных измерении и аналитических расчетов иэгибной жесткости для тканей разных артикулов и нескольких типов нитей розных линейных плотностей.

В пятой главе выполнены расчеты нескольких прикладных задач механики нити в текстильных процессах и машин, в частности, приведена методика расчета натяжения нити на ткацком станке с учетом коэффициента иэгибной жесткости для разных участков работы, расчет натяжения нити на трикотажных и швейных машин, а также приведен анализ зависимости натяжения между ведущей и ведомой ввтеими нити для данных расчетов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ литературы показывает, что существующие и применяемые методы определения иэгибной жесткости текстильных материалов является приближенными или косвенно-сравнительными, поэтому необходимо для реальных условий разработать более точные методы определения характеристик иэгибной жесткости текстильных материалов.

2. Разработана классификация геометрических форм изгиба и физических методов определения характеристик иэгибной жесткости текстильных материалов.

3. Получена система уравнений для определения Форм оси изги-

- 14 -

вмого изделия в гориэонталной плоскости на основа теории линейной механики нити и ткани.

4. Получено уравнение для определения величины натяжения из-баемого материала (нити или ткани) на основе теории нелинейно», хашки нити и ткани.

Б. Теоретически обоснован прямой, достаточно точный метод сперименталыга-аналитического определения характеристик изгнал жесткости нити и ткани на основе теории нелинейной модели 1хани1си жесткой на изгиб нити и ткани.

б. Получены теоретические формулы для расчета начального В,и мечного В, коэффициентов изгибной жесткости нити и ткани, когда :пытуемые образцы изгибаются внешними сосредоточенными усилями.

?. Выведено уравнение, связывающее натяжение ведомой и ваду-й ветвей нити, скользящей по налравляюдай поверхности, в лисимости от угла охвата направлявшей поверхности, коэффициента гибной жесткости нитей и силы сцепленности.

8. ГЬ разработанной методике выполнены экспериментальные следования, которые показывают, что при релаксации иэгибная сткость тканей и нитей суавственно уменьшается.

9. На разработанной лабараторной установке экспериментально мерены искомые величины характеристик изгибной жесткости текс-льных материалов.

10. Время релаксационного процесса для испытанных тканеч ставляет <•» -2, Б... Л часа и для нитей 1,-1,5. ..2 часов, а козф-циент изгибной жесткости нитей и тканей уменьшается в 2...3 и лее раз.

11. Расчетные величины натяжения нитей для различных текс-льних машин показывают необходимость учета величины иэгибно)

- 1Б -

жесткости нити, скользящей по направляющим малых радиусов. Это позволяет вести научна обоснованный расчет и проектирование узлов и механизмов малин.

Список опубликования работ по тема диссертации:

1. Мигутов И.И., Ахняд Али Экспериментально-аналитический метод определения изгибной жесткости текстильных материалов с учетом их эластических свойств^-Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. - 1993, М4.-С .3. ..8.

2. Ахмад Али, Мигушов И.И. Экспериментальные результаты определения характеристик изгибной жесткости текстильных материалов^- Кэв. вузов. Технология текстильной промышленности,- 1994, М 1,- С. 3.. .6.

3. Ахмад Али Анализ методов и средств определения коэффициента изгибной аесткости при изгибе текстильных материалов,- Деп. в ЦНИИТЭИлегпром, И 3488-лп, 1993.

4. Ахмад Али Классификация геометрических форм изгиба и Физических методоЕ. определения изгибной жесткости текстильных материалов.-Деп.в 1ЩКГЭИлегпром, № 3498-лп, ¿993.

5. Ахмад Али Исследование движения весткой нити или ткани по иироховатой поверхности с учетом сцепленности^/'Теэ.Док. на международной науч.-теки. конф."Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства" (Прогресс-03).-Иваново, 1993 г.

в. Ахмад Али'0 механике нити и ткани, деформируемых на изгиб с учетом их эластических свойств^Лез. Докл. на международной научн.-тохн.конф. "Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства" (Прогресс-93).- Иваново, 1993 г