Разработка экспресс-методов оценки и прогнозирования физико-механических свойств текстильных нитей

• Автор: Кузнецов, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.19.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 364 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА I. МАСШТАБНЫЙ ЭФФЕКТ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕ РИСТИК ТЕКСТИЛЬНЫХ НИТЕЙ

1.1 .Общие сведения о масштабном эффекте прочностных характери стик текстильных материалов
1.1.1 .Эмпирические методы оценки масштабного эффекта прочно стных характеристик текстильных материалов
1.1.2.Теоретические методы оценки масштабного эффекта прочно стных характеристик текстильных материалов
1.2.Имитационное моделирование масштабного эффекта прочност ных характеристик текстильных нитей

1.3.Оценка показателей неравномерности прочности по длине тек стильной нити

1.4.Методика оценки показателей неравномерности прочности тек стильных нитей по длине

1.5.Типовой расчт показателей неравномерности прочности тек стильных нитей по длине

1.6.Экспериментальные исследования влияния масштабного фактора на прочностные характеристики текстильных нитей различного сырьевого состава
1.7.Методика определения и типовой расчт долевого содержания химического компонента в смешанной пряже
ГЛАВА И. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДЕ ФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТЕКСТИЛЬНЫХ НИТЕЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПОЛУЦИКЛОВОГО ИСПЫТАНИЯ НА РАСТЯЖЕНИЕ
2.1.Анализ существующих теоретических подходов к исследованию Ь2 деформационных свойств текстильных материалов методами математического моделирования
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
2.1.1. Теоретические исследования взаимосвязи напряжения и де формации при одноцикловом испытании на растяжении текстильных материалов.
2.1.2.Исследования процесса деформирования и разрушения тек стильных материалов при полуцикловом испытании на растяжение
на основе апостериорного моделирования процесса испытания
2.2.Алостериорное моделирование процесса деформирования тек стильных материалов при полуцикловом испытании на растяжение
2.3.Методика оценки параметров математической модели процесса растяжения по результатам полуциклового испытания на растяжение
2.4,Оценка показателей деформационных свойств текстильных мате риалов по результатам полуциклового испытания на растяжение
2.5.Прогнозирование долей полной деформации, приходящихся на 1 условные значения е составных частей, по результатам полуциклового испытания на растяжение
2.6.Методика оценки показателей деформационных свойств и про 3 гнозирования долей полной деформации текстильных нитей по результатам полуциклового испытания на растяжение
2.7.Типовой расчт показателей деформационных свойств и прогно 4 зирования долей полной деформации текстильных нитей по результатам полуциклового испытания на растяжение
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ II
ГЛАВА III. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МЕХАНИЧЕ 9 СКИХ СВОЙСТВ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕТЕРОГЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НА ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
3.1 .Обоснование методики исследования показателей, характери 0 зующих механические свойства текстильных материалов
3.2.Исследование влияния продольной гетерогенности структуры и 2 механических свойств на прочностные характеристики текстильных материалов
3.2.1.Имитационная модель процесса деформирования и разруше 2 ния одиночной нити волокна при полуцикловохМ испытании на растяжение
3.2.2.Исследование влияния продольной гетерогенности механиче 4 ских свойств и структуры на прочностные характеристики одиночной нити
3.3.Исследование влияния поперечной гетерогенности структуры и 1 механических свойств на показатели механических свойств текстильных материалов.
3.3.1.Имитационное моделирование процессов деформирования и 1 разрушения пучка нитей при полуцикловом испытании на растяжение
3.3.2.Исследование влияния поперечной вариации показателей 3 строения и механических свойств на прочностные характеристики пучка нитей волокон.
З.З.З.Оцеика степени разнодлинности пучка текстильных нитей 3 волокон по результатам полуциклового испытания на растяжение
3.3.4.0ценка степени поперечной гетерогенности абсолютного раз 8 рывного удлинения текстильных нитей волокон по результатам полуциклового испытания на растяжение
3.4.Исследование совместного влияния продольной и поперечной ге 7 терогенности структуры и механических свойств на прочностные характеристики текстильных материалов
3.4.1.Совмещенная имитационная модель процесса деформирова 7 ния и разрушения текстильной нити при полуцикловом испытании
на растяжение
3.4.2.Исследование совместного влияния продольной и поперечной 4 вариации показателей структуры и механических свойств на прочностные характеристики пучка текс тильных нитей волокон.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ III
ГЛАВА IV. РАЗРАБОТКА ЭКСПРЕССМЕТОДОВ ПРОГНОЗИРО 1 ВАНИЯ УСТАЛОСТНЫХ СВОЙСТВ ТЕКСТИЛЬНЫХ НИТЕЙ ПРИ ИСПЫТАНИИ НА МНОГОКРАТНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ.
4.1 .Общие положения об усталостных характеристиках и методах их 1 оценки при многократном растяжении текстильных материалов.
4.1.1.Влияние усталостных свойств текстильных нитей на процессы 2 их переработки
4.1.2.Влияние условий проведения испытаний на показатели уста 4 лостных свойств текстильных нитей при их многократном растя
4.1.3.Методы оценки и прогнозирования показателей усталостных 2 свойств текстильных нитей.
4.2.Теоретический анализ закономерностей изменения механических 4 свойств текстильных нитей в процессе многоциклового испытания на растяжение
4.2.1 .Разработка вероятностных моделей изменения показателей 5 многоцикловых характеристик текстильных нитей в процессе испытания
4.2.2.Разработка математических моделей изменения показателей 1 многоцикловых характеристик текстильных нитей в процессе испытания с использованием теории наджности сложных технических систем
4.2.3.Экспериментальные исследования закономерностей измене 6 ния механических свойств текстильных нитей в процессе многоциклового испытания на растяжение
4.3.Апостериорное моделирование процесса накопления остаточной 9 циклической деформации в процессе многоциклового испытания на растяжение
4.4.Разработка имитационной модели процесса усталостного разру 4 шения текстильных нитей при испытании на многократное растяжение
4.5. Исследование влияния гетерогенности показателей механических 7 свойств на выносливость текстильных нитей при проведении испытаний на многократное растяжение.
4.6.Прогнозирование выносливости текстильных нитей различного 2 сырьевого состава методами имитационного моделирования многоциклового испытания на растяжение
4.7.Экспрессметодика прогнозирования выносливости текстильных 8 нитей при испытании на многократное растяжение
4.8.Прогнозирование предела выносливости текстильных нитей раз 8 личного сырьевого состава методами имитационного моделирования многоциклового испытания на растяжение
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ IV
ГЛАВА IV. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ 6 МЕТОДОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ПРОТЕКАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ И ПЕРАБОТКИ ГЕКТИЛЬНЫХ НИТЕЙ
5.1. Практическая реализация разработанных экспрессметодов 6 оценки и прогнозирования физикомеханических свойств текстильных нитей для определения рациональных режимов протекания технологий их получения
5.1 Л. Совершенствование технологии пневмотекстурирования хими 7 ческих нитей
5.1.2. Комплексный анализ влияния режимных параметров процесса 8 пневмотермотекстурирования на показатели физикомеханических и специфических свойств нитей
5.2.Практическая реализация разработанных экспрессметодов оцен 6 ки и прогнозирования физикомеханических свойств текстильных нитей для определения рациональных режимов протекания технологий их переработки в условиях ткачества
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Акты о внедрении использовании результатов 4 НИР в производственных условиях ОАО КИМ, г. Витебск, Республика Беларусь
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акты о внедрении использовании результатов 7 НИР в производственных условиях РУПТП Оршанский льнокомбинат, г. Орша, Республика Беларусь
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акты о внедрении использовании результатов 6 НИР в производственных условиях ОАО Речицкий текстиль, г. Речица, Республика Беларусь
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Акты о внедрении использовании результатов 5 НИР в производственных условиях ОАО Витебский комбинат шлковых тканей, г. Витебск, Республика Беларусь
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Акты о внедрении использовании результатов 9 НИР в учебном процессе учреждения образования Витебский государственный технологический университет
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Заключение РУП Витебский центр стандартиза 4 ции, метрологии и сертификации, г. Витебск, Республика Беларусь
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ V
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Одним из перспективных подходов ее решения является математическое моделирование процесса испытания и выявление факторов, влияющих на прочностные и деформационные характеристики. Многие экспериментальные и теоретические исследования подтверждают существование масштабного эффекта прочностных характеристик текстильных материалов, но практическое использование предложенных математических моделей затруднено по причинам указанным выше. С целью исключения вышеизложенных недостатков в данной работе предлагается научнообоснованная методика оценки и прогнозирования зависимости разрывной нагрузки текстильных нитей волокон от зажимной длины образца по результатам кратковременных испытаний. Для решения данной задачи используется метод имитационного моделирования испытаний, применение которого дает возможность представить изучаемый процесс явление в целом, найти общие закономерности, сделать определенные выводы относительно его физической сущности, а также значительно снизить уровень временных и материальных затрат. Построение имитационной модели осуществлялось на основе гипотезы слабого звена геакПпк. Предполагалось, что каждый тый образец нити можно представить как некоторую цепь, состоящую из последовательно соединенных участков разной длины Ц и прочности Ру, где изменяется от 1 до ш ш число образцов в испытуемой партии, 1 от 1 до п п число структурных элементов вдоль нити рис. В результате имитационного моделирования установлено, что распределение разрывной нагрузки Ррп не совпадает с задаваемым законом распределения Рр1 где Ррп, Срп среднее значение разрывной нагрузки и коэффициент вариации для образцов, состоящих из п участков. Отмечается появление правой асимметрии рис. Рис. Мар1е V, сначала осуществлялось моделирование эксперимента по испытанию на разрыв партии из ш образцов, состоящих из некоторого числа п структурных элементов и заданными значениями РР1 и Ср1 где РР1, Ср1 среднее значение разрывной нагрузки и коэффициент вариации по разрывной нагрузке для образцов, состоящих из одного участка, прочность которого по длине постоянна. Закон распределения значений разрывной нагрузки был принят нормальным. Для выявления влияния зажимной длины Ь0 нити на среднее значение разрывной нагрузки Рр проводилось хмоделирование таких же экспериментов для нитей волокон с переменной зажимной длиной Ь0, которая считалась пропорциональной числу п участков цепи . Исходными данными при моделировании являлись вид закона распределения разрывной нагрузки нормальный, Вейбулла, произвольный, который численно задатся гистограммой распределения, параметры закона распределения Р1 и Ср1, вид и параметры закона распределения числа участков цепи п и Сп, число испытываемых образцов т. Испытание на разрыв нити волокна осуществлялось на основе имитационной модели в соответствии со следующим алгоритмом. Для каждого того образца генератор случайных чисел, по задаваемому закону распределения, генерирует значение Пр которое округляется до ближайшего целого числа. Затем, в соответствии с принятыми параметрами законов распределения, генерируются п значений Рр, из которых выбирается наименьшее Ррт1П. Данное значение считается разрывной нагрузкой для того образца. Указанные действия повторяются для всех т образцов, и их результаты записываются в массив, который позволяет определить среднее значение разрывной нагрузки Рр, среднее квадратическое отклонение СКО значений разрывной нагрузки , коэффициенты вариации и разброса по разрывной нагрузке Ср, Ир. При моделировании испытания происходит закономерное увеличение среднего числа участков п в исследуемом образце нити. Тогда для ктого этапа моделирования к5, где 5 шаг изменения пк. Схема алгоритма имитационной модели представлена на рис. Некоторые результаты имитационного моделирования представлены на рис. Анализ зависимостей, приведенных на этих рисунках, позволяет сделать следующие предварительные выводы. При увеличении числа участков п среднее значение разрывной нагрузки гР и ее среднее квадратическое отклонение закономерно уменьшаются рис.