机织物拉伸断裂程模拟及强度预测.pdfVIP

摘要 摘要 拉伸性能是机织物最主要的机械性能之一。然而，在实际产品设 计的过程中往往不是通过预测织物的强度，而是根据经验来进行设计， 即对设计样品进行破坏性测试，获得数据并以此来指导生产。这种设 计模式费时费力并受到试样制作精度的影响。因此建立机织物拉伸性 能的预测模型，直接以纱线的拉伸性能来预测织物的拉伸性能，从而 更有效地提高产品性能，提高生产率并降低成本，是一项十分有意义 的课题。 本课题的研究目标是，建立能模拟机织物拉伸断裂过程并预测机 织物拉伸断裂强力的一维束链模型和二维束链模型。为此，首先通过 对纱线强度的测试结果进行统计分析，确定其强度分布概率函数并建 立试样长度与测试强度的转换关系；然后根据机织物的结构类型和纱 线的结构类型提出机织物临界长度的定义，并建立计算模型，在此基 础上建立机织物拉伸断裂束链模型。该模型与MonteCarlo方法相结 合，借助计算机模拟织物的断裂过程，进而预测机织物的断裂强度。 本课题首先从纱线的强度离散性入手，对机织物组分纱线的强力 进行测试，利用Weibull分布函数对其进行统计分析，确定其强力概 率分布函数及其参数值。分析表明，所测试l2种机织物组分纱线的强 度均符合二参数Weibull分布。 通过对不同测试央距下纱线强度结果的统计分析，提出了不同试 样长度下强力测试结果之间的转换关系。研究发现，该转换关系除了 与试样长度有关外，还与Weibull分布的形状参数有关。另外，试样 长度对纱线测试强度的影响程度也与该形状参数有关，形状参数越大， 试样长度对测试强度的影响程度越低，即试样强度离散越小，试样长 度对测试结果的影响就越小。 在对机织物组分纱线的强度进行分析以后，提出了机织物临界长 度的概念，并据此分析研究了机织物拉伸断裂过程中几何结构的变化， 摘要 建立了机织物临界长度的几何模型和力学模型。定量地分析研究了织 物及其组分纱线的参数对临界长度的影响。研究表明，影响机织物临 界长度的因素有：织物中纱线参数(包括纱线细度、捻度、强度及模量 等)、织物参数(织物的密度、织物交织点处两组纱线间的摩擦系数) 盘莹 寸。 机织物临界长度决定了机织物纵向(拉伸方向)的应力分配，而 负荷分配法则用于解决机织物横向(截面)的应力集中问题。根据计 算所得到的临界长度和确定的负荷分配法则(局部分配法则或剪滞法 则)，建立了旨在对机织物拉伸断裂过程进行模拟以及对机织物强度进 行预测的机织物柬链模型。应用该模型可以进行一维和二维断裂过程 模拟和强度预测。两种模型的根本区别在于，在一维模型中假设承力 纱线的断裂发生在织物中某一特定截面上，而二维模型中纱线的断裂 位置可以在织物长度范围内跨越不同的临界长度。因而，二维模拟更 接近实际的织物断裂特征。 在机织物束链模型建立的基础上，用MonteCarlo方法进行断裂 过程的模拟和强度预测。模拟和预测结果表明，由于局部负荷分配法 则过分强调了拉伸过程中的应力集中现象，所以其预测的结果与实际 测试结果差异较大；而采用剪滞负荷分配法则得到的机织物拉伸断裂 过程和强力预测结果(强力概率分布及强力值)均与实际测试结果接 近。两种模拟方法(一维和二维束链模型)使用剪滞法则均能得到较 好的模拟效果，其模拟数据与实际测试数据均比较接近，但是二维模 拟得到的机织物拉伸断裂过程与实际状况更为接近。 通过对机织物临界长度对预测结果影响的分析可知，机织物临界 长度反映了机织物强力与组分纱线强力总和的比值的大小，即织物强 力较纱线强力的增强程度。临界长度越短，同样强力的纱线组成的织 物的强力就越高，这就是临界长度的实际意义。 本课题建立的机织物强度预测新模型为机织物强度预报提供了理 论基础，本课题的成果对其它类型的纺织品(如针织物，非织造布等) 的强度预测有借鉴意义。 摘要 关键词：机织物，拉伸断裂过程模拟，强度预测，临界长度，束 链模型，负荷分配法则，应力集中因子，Monte Carlo模拟。 ABSTRACT