автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Разработка методов оценки и исследование материалов для изделий легкой промышленности при воздействии конструкционных и эксплуатационных факторов

005018472

Мяхарашвили Георгий Эдуардович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ' МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХФАКТОРОВ

Специальность 05.19.01 «Материало ведение производств текстильной и легкой промышленности»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ДПР ¿012

005018472

Махарашвили Георгий Эдуардович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ И ИССЛЕДОВАНИЕ * МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ

Специальность 05.19.01 «Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии» на кафедре «Материаловедение».

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Кирсанова Елена Александровна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шустов Юрий Степанович, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет им. А.Н.Косыгина», зав. каф. текстильного материаловедения;

кандидат технических наук Якимова Елена Александровна, г. Москва, ООО «Маркое».

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.».

Защита состоится 25 апреля 2012г. в 12:30 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.144.02 при ФГБОУ ВПО «МГУДТ» по адресу: 117997, г. Москва, ул. Садовническая, д.ЗЗ, стр.1, ауд.156.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МГУДТ».

Автореферат разослан « Л » марта 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Макарова Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Деятельность отечественных предприятий легкой промышленности в современной экономической ситуации не возможна без совершенствования качества выпускаемой продукции. Однако современные методы проектирования изделий лёгкой промышленности требуют более глубоких знаний о свойствах используемых материалов с целью полного использования их ресурса. Теория и практика показывают, что знаний о закономерностях изменения структуры и свойств материалов при технологических и эксплуатационных воздействиях крайне недостаточно. Необходимо исследовать не только изменение свойств материалов при действии разных сил и полей, но и выявлять их конструктивные возможности на стадии проектирования и оценить их надёжность. Существующие методы и средства оценки показателей не в полной мере отражают изменение свойств, происходящих в структуре материалов в процессе производства и эксплуатации изделий лёгкой промышленности, что ограничивает применение разнообразных материалов для одежды и обуви.

Для внедрения инновационных материалов в производство и повышения конкурентоспособности готовой продукции существует острая потребность в разработке новых подходов к количественной оценке качества материалов и в создании соответствующих средств измерения. Наиболее актуальным является использование современных достижений в области материаловедения и средств компьютерной техники. Таким образом, решение задач, направленных на совершенствование методов оценки свойств материалов для изделий

лёгкой промышленности при воздействии конструктивных и эксплуатационных факторов на сегодняшний день является актуальной.

Тема диссертационной работы утверждена ученым советом ФГБОУ ВПО «МГУДТ» и выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР ФГБОУ ВПО «МГУДТ» на 2009-2013гг.

Целью работы является совершенствование методов исследования и средств неразрушающих испытаний материалов, улучшающих качество оценки их свойств. Для достижения заявленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

проведён анализ использования инноваций и нового поколения текстильных материалов при изготовлении изделий лёгкой промышленности;

проанализировано современное состояние проблемы исследования свойств материалов при воздействии конструктивных и эксплуатационных факторов;

обоснованы показатели, характеризующие изменение свойств материалов, влияющих на процесс проектирования изделий лёгкой промышленности;

исследованы динамические свойства материалов в условиях моделирующих параметры производства и эксплуатации изделий лёгкой промышленности;

усовершенствованы методы и средства испытаний материалов, позволяющие получать информацию для процессов проектирования изделий лёгкой промышленности.

Объект исследования - материалы для изделий легкой промышленности.

Предметы исследования - методы и средства исследования свойств материалов.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы методология системного подхода, классические и современные научные представления о строении и свойствах материалов в материаловедении изделий текстильной и легкой промышленности, методы квалиметрии, современные методы математического анализа. При обработке экспериментальных данных использовались методы математической статистики, теории вероятностей планирования, аналитического моделирования и программные продукты Windows ХР Professional Service Pack II, программное обеспечение Microsoft office 2007, и др.

На защиту выносятся:

1. Новые научные сведения об особенностях изменения структуры и свойств материалов лёгкой промышленности при проектировании и эксплуатации изделий.

2. Усовершенствованные методы и средства исследования физико-механических свойств материалов.

3. Установленные закономерности изменения динамических свойств материалов и их систем в процессе производства и эксплуатации.

4. Полученные математические модели, характеризующие изменения в материалах при воздействии конструктивных и эксплуатационных факторов.

Научная новизна работы:

установлены закономерности изменения динамических свойств материалов и их систем, обусловленные изменениями их структур при производстве и эксплуатации изделий лёгкой промышленности;

разработана методика исследования свойств материалов легкой промышленности при воздействии конструктивных и эксплуатационных факторов;

усовершенствованы методы и средства исследования динамических свойств материалов;

уточнены режимы испытаний разных видов материалов; установлены закономерности изменения динамических свойств материалов и систем материалов при воздействии конструктивных и эксплуатационных факторов;

установлена тесная корреляционная связь между показателями динамических свойств материалов при их растяжении;

разработан новый метод комплексной оценки материалов для прогнозирования их формоустойчивости;

предложена новая методика количественной оценки качества материалов, заключающаяся в объединении оценки по действующим нормативным документам и оценки надёжности системы «человек-одежда».

Практическая значимость работы. Разработанные методы и средства исследования динамических свойств могут быть использованы как для дальнейших научных исследований, так и в практической работе предприятий легкой промышленности, и позволяют решать следующие задачи:

улучшить качество оценки свойств материалов при проектировании и эксплуатации изделий лёгкой промышленности;

оптимизировать параметры технологических обработок материалов; формировать системы материалов с заданными свойствами; повысить объективность оценки показателей качества материалов и

готовых изделий.

Разработанные методы, средства и результаты исследований внедрены в учебный процесс подготовки специалистов для швейных предприятий. Практическая значимость результатов работы подтверждена документально в актах апробации и внедрения в производство и учебный процесс.

Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на международных научных конференциях «Новое в технике и технологии текстильной и лёгкой промышленности» (г. Витебск, 2009г., 2011г.), на Всеукраинской научно-практической конференции «Современные технологии в легкой промышленности и сервисе» (г.Хмельницкий, «ХНТУ», 2011г.), на Korea-Russia International Conference «Grand Fashion» (г. Москва, ГОУ ВПО «МГУДТ», 2011г.), на международном научно-практическом семинаре «Современная клеевая технология изготовления одежды».(г. Санкт-Петербург, «СПбГУСЕ», 2011 г.)

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 6 научных публикациях, в том числе: в 2 научных статьях и 4 материалах докладов на научных конференциях. В рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК, опубликовано 2 статьи.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка и приложений. Диссертация изложена на 126 страницах, содержит 44 рисунка, 16 таблиц и 4 приложения. Список литературы включает 129 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы и научного направления исследований, сформулированы цель, задачи исследований, показана научная и практическая значимость решения проблемы развития методов оценки и исследование свойств материалов лёгкой промышленности при воздействии конструктивных и эксплуатационных факторов.

В первой главе рассмотрено современное состояние проблемы оценки качества материалов лёгкой промышленности. Анализ литературных данных и патентных источников позволил выявить, что при проектировании современных изделий лёгкой промышленности существенное значение придается использованию возможностей используемых материалов. Кроме того, установлено, что большей охраноспособностью, т.е. интеллектуальным потенциалом предприятий является использование специально разработанных материалов. Показано существенное влияние свойств материалов на конструктивное решение изделий. В то же время прослеживается тенденция разработки проектов, в которых на основе требований задаваемых конструктивным решением решаются задачи проектирования новых материалов. Проведен сравнительный анализ влияния инновационных материалов на конструктивное решение изделий лёгкой промышленности, а полученное корреляционное уравнение показывает, что и на следующие периоды это значение возрастет.

В работах известных ученых в области отечественного материаловедения исследованы механические свойства материалов изделий легкой промышленности при внешних воздействиях и

разработаны методы оценки их показателей. Анализ литературных источников показал, что существующие методы оценки качества материалов не позволяют прогнозировать (обеспечивать) планируемый уровень допустимого риска для достижения необходимой надёжности изделий. Необходимо уже на стадии проектирования изделий выявить влияние конструктивных и эксплуатационных параметров на изменение характеристик материалов и установить необходимые шкалы обнаружения отказов материалов.

Исследование технических систем (конструкций), в том числе обуви и одежды, для выявления ключевых недостатков, как правило, проводят на уровне элементов конструкции. При анализе конструкции необходимо сформулировать ее функции, направленные в надсистему, а также функции между компонентами конструкции, при этом следует учитывать разные этапы эксплуатации системы. Однако, проводя анализ на уровне материала, оперируем показателями его (материала) свойств, необходимых для выполнения конкретных функций конструкции.

С учетом выявленных направлений были сформулированы и поставлены локальные задачи научного исследования.

Вторая глава посвящена уточнению неразрушающих методов исследования свойств материалов. Анализ существующих методов оценки качества материалов показал, что в основном используется традиционный подход, а также сравнительные методы оценки уровня качества. Таким образом, оценка свойств связана с тем, насколько учтены те или иные силы, вещества или поля, воздействующие на материалы. Исследуемые механические характеристики носят условный характер и определяются в упрощенных условиях, не соответствующих

эксплуатационным по геометрии объектов испытания, законам нагружения, видам напряженно-деформированного состояния, количеству и законам изменения различных внешних факторов и фактора времени. Естественные колебания химического состава и структуры, а также их изменения в процессе эксплуатации приводят к тому, что экстраполяция результатов измерения механических характеристик при выборочных разрушающих испытаниях образцов на материал рабочих деталей, узлов, агрегатов не может быть выполнена с большой точностью. И наконец, случайный характер внешних воздействий приводит к невозможности точного описания эксплуатационного поведения материала или конструкции.

Установлено, что преодоление указанных трудностей возможно при поиске таких характеристик материалов, которые более тесно связанны с процессами, предопределяющими отказ конструкционного материала, а также с разработкой неразрушающих методов и средств измерения и анализа этих характеристик. Для решения указанных проблем могут быть использованы упругие акустические волны, возникающие при деформировании материала обусловленные изменениями его структуры.

Установлено, что для материалов легкой промышленности наиболее приемлем метод вынужденных колебаний, так как при этом значительно упрощается методика регистрации колебаний проб материалов. Методика проведения акустических испытаний, разработанная в ФГБОУ ВПО «МГУДТ», сводится к определению амплитудно-частотной характеристики консольно-закреплённой пробы материала. Однако, при испытании материалов, обладающих значительной пористостью на них дополнительно влияет сопротивление воздуха, что вызывает большой

разброс в результатах.

В работе были рассмотрены поперечные волны, которые возникают в материалах при их закреплении с двух сторон. В натянутом материале возникают поперечные волны, причем происходит смещение материала относительно его первоначального прямолинейного положения. В этом случае скорость поперечных волн:

Р/т=х>,

где Р - сила натяжения; т - линейная плотность материала (масса единицы длины).

Для проведения испытаний был усовершенствован метод и устройство определения акустических характеристик материалов и их систем. Поставленная задача решается на компьютерной установке, позволяющей определить основные показатели динамических свойств материалов (рис. 1).

Рисунок 1. Блок-схема установки для динамических испытаний: 1 - генератор электрических сигналов типа ГЗ-18 или Г3-34, 2 -широкополосный усилитель, 3 - генератор механических колебаний, 4 - измерительные микроскопы типа МИР, 5 - виброшток, 6 - верхний зажим, 7 - проба материала, 8 - нижний зажим.

Образцы могут быть закреплены консольно, (только в верхнем зажиме 6) или с предварительным натяжением, регулируемым в зависимости от структуры материалов, после чего образец закрепляется в нижнем зажиме 8. Измерительный микроскоп 4 позволяет более детально рассмотреть изменения в испытуемом образце, а также соединяется с WEB камерой, которая, передаёт полученные данные на компьютер. Результаты фиксируют с помощью видеосъемки через WEB камеру на компьютер. Испытания проводились под нагрузкой в диапазоне 20-220 Гц (в диапазоне 20-50 Гц с шагом 5 Гц, в диапазоне 50220 Гц с шагом 10 Гц) и напряжением 1-6В с шагом 1В. Проведенные тестовые испытания разных материалов показали, что ошибка опыта не превышает 6%.

В третьей главе исследованы динамические свойства разных материалов и их систем (табл.1.) Результаты испытаний фиксировали видеосъёмкой с микроскопа через WEB камеры на компьютер в режиме реального времени (рис. 2).

Таблица 1. Характеристика исследуемых полотен:

Волокнистый состав по основе и утку Образец

1 2 3 4

Пряжа шерстяная Нить комплексная триацетатная Пряжа фасонная шерстяная Пряжа шерстяная

Переплетение Саржевое Полотняное Полотняное Ломаная саржа

Поверхностная плотность, г/м2 269 168,5 268,5 183

Толщина материала, мм 1,08 32,2 1,036 31,7

Линейная плотность нитей, гекс: по основе по утку 86 71,6 42.3 39.4 126.3 201.4 26,5 8,3

Число нитей на 100 мм: по основе по утку 130 138 222 186 68 60 266 778

Усадка при ВТО, в %: по основе по утку 0,92 0,10 1,23 0 0,92 0,10 0,61 0,20

Рисунок 2. Начальный период испытания тканей (1), достижение максимальной резонансной частоты (2).

Когда амплитуда колебания пробы становится максимальной, тогда появляется резонанс, т.е. вынужденная и собственная частоты колебания пробы совпадают. В этот период определяли значения амплитуды, частоты и напряжения.

Частота туковых колебаний, Гц

ибВ

■ 5В в .(В и }В

■ 2В в)В

Рисунок 3. График зависимости амплитуды от напряжения при испытании образцов ткани №1, раскроенных под углом 45°

Частотя шуковых колебаний, Гн

Частота туковых колебаний. Гц

б

Рисунок 4. Графики зависимости амплитуды от напряжения при испытании: а - нитей основы; б - нитей утка образца ткани №1

Частота туковых колеоатгй, Гц

а

Частота туковых колебаний, Гц б

Рисунок 5. Графики зависимости амплитуды от напряжения при испытании образцов ткани №1: а - вдоль нитей основы; б - вдоль нитей

утка

На основании произведённых измерений были составлены графики зависимости напряжения от частоты звуковых колебаний для нитей и

полотен. На рис.3-5 представлены графики для ткани № 1, аналогичные кривые были построены для всех исследованных образцов.

При проведении сравнительного анализа графиков установлено, что максимальная амплитуда всех испытанных образцов (и нитей, и пробы тканей) находится в диапазоне 30-40 Гц. При частоте 60-80 Гц колебания затухают. При частоте 90 Гц и выше у нитей вновь возникают колебания, но амплитуда значительно меньше максимальной.

При частотах выше 90 Гц также возникают колебания (в том числе и в пробах, выкроенных под углом 45° в пробах тканей плотной структуры, в пробах тканей рыхлой структуры колебания отсутствуют или малозаметны. Это объясняется тем, что при частоте 20-60 Гц нити и пробы ткани работают как цельные структуры, при больших частотах -работают волокна, нити, т.е. при низких частотах проявляются свойства нити как системы, при высоких — свойства волокон нити.

При минимальном напряжении 1 В наблюдается наименьшая амплитуда, при повышении напряжения амплитуда растёт, максимальное значения амплитуды смещается в сторону большей частоты. При повышении напряжения амплитуда значительно увеличивалась в диапазоне частот 20-50 Гц, при частоте более 90 Гц и высоких значениях напряжения амплитуда изменялась незначительно. Можно сделать вывод, что при испытаниях нет необходимости изменять напряжение и для экспериментов оно может быть одинаковым: 2-3 В.

Исследование выявило общую закономерность изменения амплитуды для тканей сходных структур.

Важной частью технологического процесса изготовления одежды является влажно-тепловая обработка (ВТО), в результате которой

изменяется форма деталей. Следует отметить, что в процессе носки изделия также подвергаются неоднократным ВТО, которые способствуют возникновению в деталях одежды деформаций растяжения и сжатия материала. Поэтому проведены исследования, связанные с изменением свойств материалов после воздействия неоднократных ВТО.

После многократных ВТО установлено, что все образцы материалов (табл.1) относятся к безусадочным, в долевом направлении изменение линейных размеров составляет от 0,6 до 1,23%. Образцы материалов 1 и 2, имеющие большую усадку, подвергались одноцикловым воздействиям после одно-, двух- и трёхкратной влажно-тепловых обработок. На основе полученных данных построены релаксационные кривые для материалов, выкроенных в долевом и поперечном направлениях, и определена зависимость величины релаксации от числа влажно-тепловых обработок (рис.6).

Время, мин

Рисунок 6. Изменение удлинения образца 1 материала в долевом направлении при одноцикловом воздействии после различного количества влажно-тепловых обработок.

На графиках прослеживается увеличение абсолютной деформации и доли её пластической части для всех образцов. Доли полной деформации также характеризуют снижение быстрообратимых частей и возрастание необратимых (рис. 2). Следует отметить, что хотя усадка при ВТО по утку незначительна, при многократных её воздействиях на материал наблюдается аналогичная картина.

При определении динамических характеристик образцов, максимальное значение амплитуды не превышает 2,5 мм, однако при этом частота контрольных образцов материалов составляла 22,1 - 22,4 Гц, а подвергшихся ВТО от 30 до 35 Гц при напряжении 2 - 3 В, подвергшихся прямой стабилизации 21,6 - 21,8 Гц при напряжении 3,4 -3,8 В. Следовательно, при влажно-тепловых обработках и прямой стабилизации происходят структурные перестройки в материалах, в результате которых изменяются их деформационные и динамические характеристики, что можно определить с помощью акустического метода. Таким образом, подтверждена возможность оценки свойств разных материалов и пакетов акустическим методом.

Четвертая глава посвящена разработке методов прогнозирования надежности материалов и пакетов материалов, основанных на системном анализе показателей, имитирующих конструкционные и эксплуатационные воздействия.

В работе, для оценки влияния процессов проектирования и производства обуви на её эксплуатационную надёжность использована метод анализа видов и последствий отказов (FEMA), который подразумевает использование качественной меры последствий видов отказа - значения приоритетности риска Risk Priority Number (RPN).

Риск в этом случае оценивали субъективной мерой тяжести последствий и вероятностью возникновения отказа в течение заданного периода времени. В качестве общей меры потенциального риска Я используют величину: ЯРЫ = 8x0x0,

где: Б - значение тяжести последствий, т.е. степени влияния отказа на систему или пользователя (безразмерная величина);

О - вероятность появления отказа для заданного или установленного периода времени;

О - характеризует обнаружение отказа и представляет собой оценку шанса идентифицировать и устранить отказ до появления последствий для системы или заказчика.

Таблица 2. Тяжесть последствий вида отказов для обувной

промышленности (( зактор Б)

Тяжесть последствий Критерий Ранг

Отсутствует Нет последствий 1

Очень незначительная Отделка объекта не соответствует требованиям. Дефект замечают требовательные клиенты (менее 25%) 2

Умеренная Обувь пригодна к эксплуатации, но ее комфортность (удобство) недостаточна. Клиент испытывает дискомфорт 6

Высокая Обувь пригодна к эксплуатации, но ее комфортность (удобство) недостаточна (на сниженном уровне эффективности) Клиент очень неудовлетворен 7

Очень высокая Обувь не пригодна к эксплуатации (потеря эсновной функции) 8

Опасная без предупреждения об опасности Очень высокий уровень тяжести последствий, когда потенциальный вид отказа влияет на безопасность клиента, вызывает несоответствие обязательным требованиям безопасности без предупреждения об опасности 10

Были разработаны шкалы несоответствий отказов обуви, обнаружения дефектов, их частоты, а также степень влияния отказа на систему или пользователя (табл.2).

На основе анализа литературных источников и МегпеЬрусурсов были определены виды и причины отказов женской обуви и определены значения (табл.3).

Таблица 3. Протокол анализа порока «разбухание обуви»

Вид потенциального порока Последствия потенциальног о порока Б Потенциальна я причина порока О Первоначальн о предложенные меры по обнаружению порока Б КРК

Несоответствие размеров при эксплуатации увеличение водопроницаемости 8 случайные пороки 6 слабая 6 288

снижение удобства в эксплуатации 7 повторяющиес я пороки 8 умеренная 5 280

Для тех значений ЯРИ, которые превышают установленные границы, следует вести доработку производственного процесса. Т. е. важно установить на каких этапах возникает отказ, а затем его ликвидировать или компенсировать его последствия.

Особое внимание было обращено на оценку шанса идентифицировать и устранить отказ до появления последствий для системы или заказчика (фактор Б). Идентификация отказов возможна при определении надежности или стабильности системы.

При соблюдении условия стабильности рассматриваем существующие отклонения между техническими характеристиками (параметрами) исходного материала и материала детали.

Так как, одежда и обувь является частью системы «человек-изделие», то следует рассчитывать критерии её эксплуатационной надёжности с учётом действия не только изделия, но и человека, т.е. его способностью выполнять возложенные на него функции. Предложено использовать расчёт значений параметров трех групп: показателей назначения, параметров материалов и геометрических параметров. Следует отметить, что группа показателей назначения определена воздействием внешних факторов на деталь и поэтому ее можно считать условно независимой от других параметрических групп. Как правило, такие показатели подлежат уточненшо с учётом качества изделия.

При выборе материала особое внимание следует уделять на несоответствие свойств исходного материал и материала деталей, приводящее к отклонению одноименных параметров технических характеристик. На выбор оптимальных параметров материала могут оказать влияние ограничения геометрических характеристикам. Проведенные исследования позволяют выбрать материал как оптимальный, а по нему назначать допуски на важнейшие параметры.

Геометрические параметры должны быть независимы один от другого, а их совокупность образует геометрическую группу зависимую от групп 2 и 1.

Для оценки объективности методики проведен сопоставительный анализ характеристик динамических свойств и в условиях носки изделий. При этом установлена тесная корреляционная связь изменения характеристик материалов при эксплуатации и изменения динамических показателей, и доказана объективность метода прогнозирования для проектирования, производства и эксплуатации одежды и обуви.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Установлено, что производство современного ассортимента не только одежды, но и обуви в основном базируется на использовании нового поколения текстильных материалов.

Выявлено, что производство и эксплуатация изделий легкой промышленности (одежды и обуви) связаны с воздействием не только внешних факторов, но и влияния инноваций в проектировании одежды и обуви.

Показано, что не полностью решенной проблемой является комплексная оценка свойств материалов на этапах изготовления и эксплуатации одежды, так как применяемые методы, средства и показатели не позволяют объективно оценить изменения свойств, обусловленных структурной перестройкой объектов.

Разработана методика исследования свойств материалов легкой промышленности заключающаяся в том, что моделируются условия влияния конструктивных и эксплуатационных факторов при неразрушающих методах.

Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что акустическое воздействие позволяет оценить изменение свойств материалов и их пакетов при производстве и эксплуатации одежды и обуви.

Усовершенствован метод и средства исследования динамических свойств материалов лёгкой промышленности, определены основные условия поведения испытаний.

Теоретически разработана модель испытаний материалов, в которой учитывают воздействия конструктивных, технологических и

эксплуатационных факторов.

Экспериментально исследованы закономерности изменения динамических свойств материалов и их систем; доказано, что полученные результаты адекватно характеризуют свойства объектов, обусловленные структурными изменениями материалов при конструктивных и эксплуатационных воздействиях.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

1. Махарашвили Г.Э., Жихарев А.П., Кирсанова Е.А., Абу Сакр Вадих, Игнатюк К.В. Оценка свойств волокнистых материалов методом вынужденных резонансных колебаний / Абу Сакр Вадих, А. П. Жихарев, К. В. Игнатюк, Г.Э. Махарашвили, Е.А.Кирсанова // ж. Дизайн и технологии, №19(61)- 2010, - М.: ИИЦ МГУДТ, с 84-98.

2. Махарашвили Г.Э., Кирсанова Е.А., Максименко Р. В., Абу Сакр Вадих. Изменение свойств текстильных материалов при воздействии технологических факторов / Абу Сакр Вадих, Р. В. Максименко, Г.Э. Махарашвили, Е.А.Кирсанова // ж. Дизайн и технологии, № 23(65) -2011, - М.: ИИЦ МГУДТ, с 83-87.

Материалы конференций

3. Махарашвили Г.Э., Кирсанова Е.А.. Потребительские

требования и производство обуви / Г.Э. Махарашвили, Е.А Кирсанова // Материалы Международной научной конференции «Новое в технике и технологии текстильной и лёгкой промышленности», ч. II, Витебск 2009, С. 34-37

4. Махарашвили Г.Э., Кирсанова Е.А., Широков C.B.. Оценка уровня качества материалов с использованием информационных

технологий / Г.Э. Махарашвили, С.В. Широков, Е.А. Кирсанова // Всеукраинская науч.-прак. конф. «Современные технологии в легкой промышленности и сервисе» - Хмельницкий, ХНТУ,2011, с.75

5. Махарашвили Г.Э., Широков С.В. Кирсанова Е.А. Research of Textile Materials Properties on Clothes Designing / Maharashvili G. E., Shirokov S. V., Kirsanova Е.А. II Korea-Russia International Conference "Grand Fashion". Москва 2011, KF&CDA. p.125

6. Махарашвили Г.Э., Кирсанова E.A., Чаленко Е.А. Исследование влияния конструктивных и технологических факторов на пакеты материалов для костюма / Е.А. Кирсанова, Г.Э. Махарашвили, Е.А. Чаленко // Инновации и перспективы сервиса. Сборник научных статей VIII Международной научно-технической конференции, ч. V, Уфа 2011.

Махарашвили Георгий Эдуардович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ КОНСТРУКТИВНЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Усл.-печ. 1,0 п.л. Тираж 80 экз. Заказ № 068-12 Редакционно-издательский отдел МГУДТ. 117997, г. Москва, ул. Садовническая, д. 33, стр.1. Тел./факс (495) 506 72 71 e-mail: rfrost@yandex.ru Отпечатано в РИО МГУДТ.

61 12-5/2485

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ

На правах рукописи

МАХАРАШВИЛИ ГЕОРГИЙ ЭДУАРДОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ КОНСТРУКТИВНЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ

ФАКТОРОВ

Специальность 05.19.01. - Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Кирсанова Елена Александровна

Москва 2012

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ...............................................................................4

I.Исследование свойств материалов при воздействии конструктивных и эксплуатационных факторов

1.1. Влияние инновационных материалов на конструктивное решение изделий лёгкой промышленности..............................................................8

1.2. Анализ существующих методов оценки свойств материалов, обеспечивающих устойчивость конструкции изделия................................22

1.3. Выбор свойств материалов, влияющих на конструкцию изделий лёгкой промышленности.....................................................................32

Выводы по первой главе...............................................................33

II. Теоретическое исследование методов оценки свойств

материалов изделий лёгкой промышленности при воздействии конструктивных

и эксплуатационных факторов

2.1. Неразрушающие методы контроля............................................35

2.2. Оценка свойств материалов лёгкой промышленности акустическими методами....................................................................44

2.3. Математическая модель оценки свойств материалов лёгкой промышленности акустическим методом...............................................52

2.4. Выбор объектов исследования......................................................58

Выводы по второй главе...............................................................61

III. Исследование динамических свойств материалов и их систем

3.1. Усовершенствованный метод и устройство определения акустических характеристик материалов и их систем................................62

3.2. Метрологические характеристики устройства................................68

3.3. Экспериментальная оценка динамических характеристик тканей........71

3.4. Влияние конструктивных факторов............................................75

3.5. Влияние эксплуатационных факторов на свойства материалов........81

Выводы по третьей главе...............................................................87

IV. Прогнозирование надежности материалов и пакетов материалов

для изделий лёгкой промышленности.

4.1. Критерии надежности материалов в изделиях лёгкой промышленности..............................................................................90

4.2. Анализ видов и последствий отказов женской повседневной

обуви.............................................................................................95

4.3. Расчёт надёжности одежды в зависимости от свойств

материалов....................................................................................107

Выводы по четвертой главе.........................................................114

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ...................................................................116

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................117

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................130

Введение

Актуальность работы. Деятельность отечественных предприятий легкой промышленности в настоящей экономической ситуации не возможна без совершенствования качества выпускаемой продукции. Однако современные методы проектирования изделий требуют более глубоких знаний о свойствах используемых материалов с целью полного использования их ресурса. Теория и практика показывают, что знаний о закономерностях изменения структуры и свойств материалов при технологических и эксплуатационных воздействиях крайне недостаточно. Необходимо исследовать не только изменение свойств материалов при действии разных сил и полей, но и выявлять их конструктивные возможности на стадии проектирования и оценить их надёжность. Существующие методы и средства оценки показателей не в полной мере отражают изменение свойств, происходящих в структуре материалов в процессе производства и эксплуатации изделий лёгкой промышленности, что ограничивает применение разнообразных материалов для одежды и обуви.

Для внедрения инновационных материалов в производство и повышения конкурентоспособности готовой продукции существует острая потребность в разработке новых подходов к количественной оценке качества материалов и в создании соответствующих средств измерения. Наиболее актуальным является использование современных достижений в области материаловедения и средств компьютерной техники. Таким образом, решение задач, направленных на совершенствование методов оценки свойств материалов для изделий лёгкой промышленности при воздействии конструктивных и эксплуатационных факторов на сегодняшний день является актуальной.

Тема диссертационной работы утверждена ученым советом ФГБОУ ВПО «МГУДТ» и выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР на 2009-2013гг.

Целью работы является совершенствование методов исследования и

средств неразрушающих испытаний материалов, улучшающих качество оценки

4

их свойств.

Для достижения заявленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

проведён анализ использования инноваций и нового поколения текстильных материалов при изготовлении изделий лёгкой промышленности;

проанализировано современное состояние проблемы исследования свойств материалов при воздействии конструктивных и эксплуатационных факторов;

обоснованы показатели, характеризующие изменение свойств материалов, влияющих на процесс проектирования изделий лёгкой промышленности;

исследованы динамические свойства материалов в условиях моделирующих параметры производства и эксплуатации изделий лёгкой промышленности;

усовершенствованы методы и средства испытаний материалов, позволяющие получать информацию для процессов проектирования изделий лёгкой промышленности.

Объект исследования - материалы для изделий легкой промышленности.

Предметы исследования - методы и средства исследования свойств материалов.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы методология системного подхода, классические и современные научные представления о строении и свойствах материалов в материаловедении изделий текстильной и легкой промышленности, методы квалиметрии, современные методы математического анализа. При обработке экспериментальных данных использовались методы математической статистики, теории вероятностей планирования, аналитического моделирования и программные продукты Windows ХР Professional Service Pack II, программное обеспечение Microsoft office 2007, и др.

На защиту выносится:

1. Новые научные сведения об особенностях изменения структуры и свойств материалов лёгкой промышленности при проектировании и эксплуатации изделий.

2. Усовершенствованные методы и средства исследования физико-механических свойств материалов.

3. Установленные закономерности изменения динамических свойств материалов и их систем в процессе производства и эксплуатации.

4. Полученные математические модели, характеризующие изменения в материалах при воздействии конструктивных и эксплуатационных факторов.

Научная новизна работы:

установлены закономерности изменения динамических свойств материалов и их систем, обусловленные изменениями их структур при производстве и эксплуатации изделий лёгкой промышленности;

разработана методика исследования свойств материалов легкой промышленности при воздействии конструктивных и эксплуатационных факторов;

усовершенствованы методы и средства исследования динамических свойств материалов;

уточнены режимы испытаний разных видов материалов;

установлены закономерности изменения динамических свойств материалов и систем материалов при воздействии конструктивных и эксплуатационных факторов;

установлена тесная корреляционная связь между показателями динамических свойств материалов при их растяжении;

разработан новый метод комплексной оценки материалов для прогнозирования их формоустойчивости;

предложена новая методика количественной оценки качества материалов, заключающаяся в объединении оценки по действующим

нормативным документам и оценки надёжности системы «человек-одежда».

6

Практическая значимость работы. Разработанные методы и средства исследования могут использоваться для дальнейших научных исследований и в практической работе предприятий, и позволят решать следующие задачи: улучшить качество оценки свойств материалов; оптимизировать параметры технологических обработок материалов; формировать системы материалов с заданными свойствами; повысить объективность оценки показателей качества материалов и готовых изделий.

Разработанные методы, средства и результаты исследований внедрены в учебный процесс подготовки специалистов для швейных предприятий. Практическая значимость результатов работы подтверждена документально в актах апробации и внедрения в производство и учебный процесс.

Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на международных научных конференциях «Новое в технике и технологии текстильной и лёгкой промышленности» (г. Витебск, 2009г., 2011г.), на Всеукраинской научно-практической конференции «Современные технологии в легкой промышленности и сервисе» (г.Хмельницкий, «ХНТУ», 2011г.), на Korea-Russia International Conference «Grand Fashion» (г. Москва, ГОУ ВПО «МГУДТ», 2011г.), на международном научно-практическом семинаре «Современная клеевая технология изготовления одежды» (г. Санкт-Петербург, «СПбГУСЭ», 2011 г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 6 научных публикациях, в том числе: в 2 научных статьях и 4 материалах докладов на научных конференциях. В рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК, опубликовано 2 статьи.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка и приложений. Диссертация изложена на 126 страницах, содержит 44 рисунка, 16 таблиц и 4

приложения. Список литературы включает 129 наименований.

7

Глава 1. Исследование свойств материалов при воздействии

конструктивных и эксплуатационных факторов

1.1. Влияние инновационных материалов на конструктивное

решение изделий лёгкой промышленности

В мировой экономической литературе «инновация» интерпретируется как превращение потенциального научно-технического прогресса в реальный, воплощающийся в новых продуктах и технологиях. Проблематика нововведений в нашей стране на протяжении многих лет разрабатывалась в рамках экономических исследований НТП.

Австрийский ученый И. Шумпетер [116] выделял пять типичных изменений в производстве, целью которых является внедрение и использование новых видов потребительских товаров, новых производственных и транспортных средств, рынков и форм организации в промышленности:

1. Использование новой техники, новых технологических процессов или нового рыночного обеспечения производства (купля - продажа).

2. Внедрение продукции с новыми свойствами.

3. Использование нового сырья.

4. Изменения в организации производства и его материально-технического обеспечения.

5. Появление новых рынков сбыта.

Использование модульных принципов сокращает сроки подготовки производства новых изделий, повышает мобильность и адаптивность технологии в условиях опытного и мелкосерийного производства. Проведение производственной подготовки и формирование доминирующей конструкции базируются на использовании модульных принципов для различных классов технологии, соподчиненных им методов и процессов групповой технологии с построением доминирующей конструкции.

Анализ технических систем (конструкций) для выявления ключевых

недостатков, как правило, проводят на уровне элементов конструкции. Такой переход позволяет также совершенствовать технологические процессы изготовления одежды.

Динамику развития изделий и их свойств можно исследовать, если совокупность однотипных изделий развернуть в цепочку. При этом можно определить факторы, влияющие на развитие в каждом звене цепочки (то есть в момент смены изделий в проектировании, производстве, потреблении), выявить возможные перспективные направления. Цепочка прототипов позволяет дизайнеру ощутить бесконечное разнообразие форм любого изделия и вместе с тем выделить сравнительно небольшой диапазон форм, имеющих право на существование. Для этого необходимо реконструировать различные стороны, факторы, связи, отношения исходной ситуации и затем определить, что именно и как следует изменить в ней посредством проектирования. Реконструировать исходную ситуацию приходится неоднократно, поскольку новые знания непрерывно меняют точку отсчета: меняются задачи, обнаруживаются новые факторы, определяются новые параметры.

Совокупность ожидаемых потребителем параметров изделия (одежды, обуви), удовлетворяющих запросам потребителя, составляет ценность продукции, то есть эстетический образ. Следовательно, потребитель, учитывая ценность предполагаемой модели, примет окончательное решение о ее приобретении с учетом того, насколько его эстетическая ценность соответствует его предпочтениям.

Для выявления взаимосвязи современных методов проектирования и инновационных технологий производства одежды был проведен анализ женской одежды различных видов (платье, костюмы) по журналам мод с 2001 по 2010 годы. Всего было рассмотрено 3030 моделей одежды из журналов: «Ателье», «Vogue», «Bazar», «Ofisiel», каталогов моделей одежды, а также ресурсы Internet. Изучению подвергались модели изделий, представленные на фотографиях, и выбирались те из них, в которых были использованы признаки

инноваций: новые приемы оформления, новые материалы, оригинальные методы обработки, использование современных отделочных материалов и фурнитуры. Количественные оценки связи между величинами случайного процесса установили с помощью регрессионного анализа в виде линейной зависимости: у - 271.49+0,\2х.

350

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Годы

■ Количество моделей и использованием новых технологий X Ш Общэе количество моделей У

Рисунок 1.1 Изменение количества моделей с использованием инновационных технологий

Почти непрерывный рост количества моделей с использованием инновационных технологий наблюдается с каждым годом, а полученное уравнение показывает, что и на следующие периоды это значение возрастет.

Далее было определено, какие нововведения влияют на изменение технического и эстетического образов женского костюма (приложение 1 табл.1). Выявляя значимость элементов технического образа, в работе была проведена оценка иконографического материала моделей массового спроса (журналы мод), и установлена частота встречаемости элементов технического образа (рис. 1.2). Следует отметить, что наибольшую значимость имеют конструктивные изменения в изделиях, а также использование современных материалов.

50

40

0 ---,---,---,---,

Изменения в конструкции Технологические приемы Использование фурнитура

материалов

Рисунок 1.2 Влияние разных приемов на формообразование и стилистику моделей

Формирующиеся на сегодняшний день рыночные отношения накладывают оттенок на деятельность всех без исключения отраслей по производству товаров народного потребления, в частности и обувной промышленности Сбор информации для проведения исследования проходил с учетом периода, назначения (нарядное или повседневное), сезона (осенне-зимний и весенне-летний) и половозрастного признака (мужские, женские, детские). Для каждого из рассматриваемых видов изделий (обувь, сумки, перчатки) выявлены основные конструктивные признаки, необходимые для статистической обработки и установления закономерностей формообразования изделий из кожи.

Факторы влияния на формообразование обуви и кожгалантерейных изделий подвергаются достаточно сложной классификации и могут быть представлены как объективные или субъективные; внешние или внутренние; постоянно действующие или временные; выстроенные по степени влияния и по уровню изученности; общеизвестные, с оценкой изменения степени их влияния или новые, возникшие в последние десятилетия, с прогнозом их дальнейшего

развития. Именно многофакторность объясняет трудности в создании теоретической модели такого явления, как мода.

По данным исследований, проводимых Т. В. Козловой [49, 50 ] и Г. И. Петушковой [88], отмечено влияние на формообразование костюма, и в том числе обуви, уровня производства, социальных заказов, географических условий, климата. В свою очередь, Г. А. Бастов [10] выделяет такие существенные моменты, как исторический период, климатические условия, национальные особенности, представления о красоте, роль и значение свойств материалов, технологию изготовления, назначение, модные направления.

Ф. М. Пармон [84] определил следующие факторы, учитываемы�