紗條中纖維排列的模擬及其對成紗質(zhì)量的影響.pdf

1、纖維性能對成紗質(zhì)量的影響一直是紡織領(lǐng)域的經(jīng)典課題之一。其中，纖維在紗條中的排列狀態(tài)不僅影響著紡紗過程，也直接決定了紗或線的條干均勻度、斷裂強力等性能，從而對后續(xù)織造工藝和最終紡織品的質(zhì)量產(chǎn)生影響。纖維在紗條中的隨機排列很大程度上取決于纖維的幾何特征（長度、細度）。因此，模擬纖維在紗條中隨機排列將有助于從理論上認識纖維幾何特征對成紗質(zhì)量的影響機理，這對于原料配置的優(yōu)化、紡紗工藝的改進、優(yōu)質(zhì)紗線的生產(chǎn)都具有指導(dǎo)意義。
　　本研究從模擬

2、纖維在紗條中的隨機排列出發(fā)，探討纖維的長度和細度對成紗條干極限不勻（或稱為理論不勻）的綜合影響。然后根據(jù)此模擬建立單紗斷裂強力的計算方法，并據(jù)此分析單紗斷裂強力的影響因素。單紗拉伸斷裂過程中斷裂截面上的纖維可能會發(fā)生斷裂或者滑脫，這取決于臨界滑脫長度。臨界滑脫長度的求解不僅與纖維性質(zhì)有關(guān)，還取決于單紗的加捻。單紗的加捻程度還決定了斷裂纖維和滑脫纖維對單紗斷裂強力的實際貢獻。
　　本研究采用模擬方法建立了計算的理論模型，并對理論計算

3、值采用實驗和文獻數(shù)據(jù)驗證分析。由于纖維頭端位置以及長度、細度指標具有隨機性，在模擬纖維排列時采用Monte Carlo的方法對這些隨機變量進行生成，使其能夠與實際相符合。關(guān)于成紗性能的分析和臨界滑脫長度的推導(dǎo)還采用了幾何概率方法。為便于模擬和計算，本研究未考慮紡紗過程中機械因素以及纖維形態(tài)（或彎鉤）對成紗質(zhì)量的影響。論文按照研究內(nèi)容共分為五章，其中各章的主要工作如下：
　　論文的第一章介紹了研究的背景，并在文獻綜述中著重介紹了國內(nèi)

4、外關(guān)于纖維在紗條中隨機分布、成紗條干不勻和斷裂強力的理論研究模型，并介紹了這些研究中所存在的問題。
　　論文的第二章首先基于纖維左頭端沿紗軸方向呈均勻分布的假設(shè)，模擬了纖維在紗條中隨機排列，模擬紗條的條干極限不勻是通過計算從紗條截取的各子片段中包含所有纖維總重量的不勻來表示。以單紗8mm片段極限不勻的計算為例，若僅考慮纖維長度因素的影響，計算結(jié)果表明，單紗的條干極限不勻隨著纖維長度的增加而增加，并最終趨于穩(wěn)定，這與Suh的理論和紡

5、紗實測值的趨勢是一致的。對于不等長纖維紗，其條干極限不勻僅與平均纖維長度有關(guān)，與纖維長度本身所服從的分布類型無關(guān)。若進一步考慮纖維細度的影響，模擬計算結(jié)果表明考慮纖維細度分布時計算得到的條干極限不勻率高于未考慮纖維細度分布時的計算結(jié)果。其中纖維細度不勻越大，兩者之間的差異也越大，考慮纖維細度分布時計算的極限不勻值更趨近于實測值，這說明纖維細度分布對紗條極限不勻的影響是顯著的。將纖維長度和細度各指標對條干極限不勻的影響進行綜合分析，得到它

6、們的影響程度順序為：平均纖維細度>纖維細度不勻>平均纖維長度>纖維長度不勻。纖維在紗條中隨機排列的模擬是對紗條條干均勻度的直觀反映，從而為進一步研究成紗的實際不勻以及成紗斷裂強力等性質(zhì)提供了可行的方法。
　　論文的第三章根據(jù)纖維在單紗中的隨機排列提出了單紗斷裂強力的模擬計算方法。其中單紗斷裂中纖維發(fā)生的斷裂或滑脫取決于臨界滑脫長度，發(fā)生斷裂的纖維對單紗強力的貢獻為其本身斷裂強力，發(fā)生滑脫的纖維對單紗強力的貢獻為其平均滑脫摩擦力，它

7、們的貢獻之和就為單紗的斷裂強力。據(jù)此可計算模擬單紗中各個截面可能發(fā)生斷裂時的強力，其中的最小值就為整個單紗的斷裂強力。從模擬計算結(jié)果可以看出，當纖維長度增加或臨界滑脫長度減小時，發(fā)生斷裂的纖維數(shù)目增多，發(fā)生滑脫的纖維數(shù)目減少，因而單紗的斷裂強力就呈增加趨勢，這是與紡紗實測值的趨勢是一致的。而對于不等長纖維紗，其斷裂強力還與纖維長度本身的分布形式有關(guān)。此外，模擬單紗片段長度越長，單紗斷裂強力的計算值也越低，這也是與前人得到的理論和實驗結(jié)論

8、相一致。由于考慮了單紗截面纖維根數(shù)的變異，采用纖維在單紗中隨機排列的模擬計算成紗斷裂強力更加合理可靠，它能夠直觀反映纖維長度對成紗強力的影響，也能夠直觀反映單紗中出現(xiàn)的弱節(jié)，因此它可以用于單紗斷裂強力的預(yù)測。
　　論文的第四章基于單紗結(jié)構(gòu)的假設(shè)，探討了臨界滑脫長度的近似計算方法，并對第三章單紗斷裂強力的模擬計算方法進行了修正。臨界滑脫長度的近似表達式不僅考慮了纖維的力學性能，還考慮了單紗加捻的影響。計算結(jié)果表明臨界滑脫長度隨著捻系

9、數(shù)的增加而下降。由于單紗加捻造成纖維斷裂強力的損失，因此發(fā)生斷裂的纖維和發(fā)生滑脫纖維對單紗強力的貢獻需要進一步的修正，并將其代入第三章提出的單紗斷裂強力模擬計算方法中進行強力計算。從模擬計算結(jié)果可以看出，單紗斷裂強力的模擬計算值隨著捻系數(shù)的增加先上升至最高值而后發(fā)生下降，這是與實測值的變化趨勢是一致的。低于臨界捻系數(shù)時，臨界滑脫長度的下降使發(fā)生滑脫的纖維根數(shù)減小，且發(fā)生斷裂的纖維增多，這導(dǎo)致單紗強力隨捻系數(shù)的增加而上升。而在高于臨界捻系

10、數(shù)時，纖維因強力損失過大導(dǎo)致其有效強力的劇烈降低，并且纖維有效強力沿紗軸方向上的分力也大大減小，這將最終導(dǎo)致單紗強力的下降。此外，對于等長纖維，各纖維指標對單紗斷裂強力的影響程度順序為：纖維細度>纖維強力>纖維長度。臨界滑脫長度的求解和單紗斷裂強力的計算能夠揭示單紗隨捻系數(shù)變化的斷裂機理，它是合理且符合實際的。
　　論文的第五章是對本論文的主要貢獻和不足之處進行了總結(jié)，并且提出了本課題未來的研究方向。
　　綜上所述，本研究通