機(jī)織物拉伸斷裂過程模擬及強(qiáng)度預(yù)測.pdf

1、拉伸性能是機(jī)織物最主要的機(jī)械性能之一。然而，在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中往往不是通過預(yù)測織物的強(qiáng)度，而是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，即對(duì)設(shè)計(jì)樣品進(jìn)行破壞性測試，獲得數(shù)據(jù)并以此來指導(dǎo)生產(chǎn)。這種設(shè)計(jì)模式費(fèi)時(shí)費(fèi)力并受到試樣制作精度的影響。因此建立機(jī)織物拉伸性能的預(yù)測模型，直接以紗線的拉伸性能來預(yù)測織物的拉伸性能，從而更有效地提高產(chǎn)品性能，提高生產(chǎn)率并降低成本，是一項(xiàng)十分有意義的課題。 本課題的研究目標(biāo)是，建立能模擬機(jī)織物拉伸斷裂過程并預(yù)測機(jī)織物拉伸

2、斷裂強(qiáng)力的一維束鏈模型和二維束鏈模型。為此，首先通過對(duì)紗線強(qiáng)度的測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定其強(qiáng)度分布概率函數(shù)并建立試樣長度與測試強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換關(guān)系；然后根據(jù)機(jī)織物的結(jié)構(gòu)類型和紗線的結(jié)構(gòu)類型提出機(jī)織物臨界長度的定義，并建立計(jì)算模型，在此基礎(chǔ)上建立機(jī)織物拉伸斷裂束鏈模型。該模型與Monte Carlo方法相結(jié)合，借助計(jì)算機(jī)模擬織物的斷裂過程，進(jìn)而預(yù)測機(jī)織物的斷裂強(qiáng)度。 本課題首先從紗線的強(qiáng)度離散性入手，對(duì)機(jī)織物組分紗線的強(qiáng)力進(jìn)行測試，利

3、用Weibull分布函數(shù)對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定其強(qiáng)力概率分布函數(shù)及其參數(shù)值。分析表明，所測試12種機(jī)織物組分紗線的強(qiáng)度均符合二參數(shù)Weibull分布。 通過對(duì)不同測試央距下紗線強(qiáng)度結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，提出了不同試樣長度下強(qiáng)力測試結(jié)果之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，該轉(zhuǎn)換關(guān)系除了與試樣長度有關(guān)外，還與Weibull分布的形狀參數(shù)有關(guān)。另外，試樣長度對(duì)紗線測試強(qiáng)度的影響程度也與該形狀參數(shù)有關(guān)，形狀參數(shù)越大，試樣長度對(duì)測試強(qiáng)度的影響程度越低，即

4、試樣強(qiáng)度離散越小，試樣長度對(duì)測試結(jié)果的影響就越小。 在對(duì)機(jī)織物組分紗線的強(qiáng)度進(jìn)行分析以后，提出了機(jī)織物臨界長度的概念，并據(jù)此分析研究了機(jī)織物拉伸斷裂過程中幾何結(jié)構(gòu)的變化，建立了機(jī)織物臨界長度的幾何模型和力學(xué)模型。定量地分析研究了織物及其組分紗線的參數(shù)對(duì)臨界長度的影響。研究表明，影響機(jī)織物臨界長度的因素有：織物中紗線參數(shù)(包括紗線細(xì)度、捻度、強(qiáng)度及模量等)、織物參數(shù)(織物的密度、織物交織點(diǎn)處兩組紗線間的摩擦系數(shù))等。 機(jī)織

5、物臨界長度決定了機(jī)織物縱向(拉伸方向)的應(yīng)力分配，而負(fù)荷分配法則用于解決機(jī)織物橫向(截面)的應(yīng)力集中問題。根據(jù)計(jì)算所得到的臨界長度和確定的負(fù)荷分配法則(局部分配法則或剪滯法則)，建立了旨在對(duì)機(jī)織物拉伸斷裂過程進(jìn)行模擬以及對(duì)機(jī)織物強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測的機(jī)織物束鏈模型。應(yīng)用該模型可以進(jìn)行一維和二維斷裂過程模擬和強(qiáng)度預(yù)測。兩種模型的根本區(qū)別在于，在一維模型中假設(shè)承力紗線的斷裂發(fā)生在織物中某一特定截面上，而二維模型中紗線的斷裂位置可以在織物長度范圍內(nèi)跨

6、越不同的臨界長度。因而，二維模擬更接近實(shí)際的織物斷裂特征。 在機(jī)織物束鏈模型建立的基礎(chǔ)上，用Monte Carlo方法進(jìn)行斷裂過程的模擬和強(qiáng)度預(yù)測。模擬和預(yù)測結(jié)果表明，由于局部負(fù)荷分配法則過分強(qiáng)調(diào)了拉伸過程中的應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以其預(yù)測的結(jié)果與實(shí)際測試結(jié)果差異較大；而采用剪滯負(fù)荷分配法則得到的機(jī)織物拉伸斷裂過程和強(qiáng)力預(yù)測結(jié)果(強(qiáng)力概率分布及強(qiáng)力值)均與實(shí)際測試結(jié)果接近。兩種模擬方法(一維和二維束鏈模型)使用剪滯法則均能得到較好的模

7、擬效果，其模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際測試數(shù)據(jù)均比較接近，但是二維模擬得到的機(jī)織物拉伸斷裂過程與實(shí)際狀況更為接近。 通過對(duì)機(jī)織物臨界長度對(duì)預(yù)測結(jié)果影響的分析可知，機(jī)織物臨界長度反映了機(jī)織物強(qiáng)力與組分紗線強(qiáng)力總和的比值的大小，即織物強(qiáng)力較紗線強(qiáng)力的增強(qiáng)程度。臨界長度越短，同樣強(qiáng)力的紗線組成的織物的強(qiáng)力就越高，這就是臨界長度的實(shí)際意義。 本課題建立的機(jī)織物強(qiáng)度預(yù)測新模型為機(jī)織物強(qiáng)度預(yù)報(bào)提供了理論基礎(chǔ)，本課題的成果對(duì)其它類型的紡織品(如針織