Введение к работе
1. Актуальность темы.
Для большинства технологических процессов производства и переработки крученых продуктов образование сукругин является серьезной проблемой, приводящей к повышенной обрывности, ухудшающей качество пряжи, изделий и снижающей эффективность производства. В то же время, процесс образования петель и сукрутин (как правило, образование петли является начальной стадией образования сукрутины, см. рис.1) используется в технологических процессах при выработке некоторых видов фасонной пряжи, причем форма и размер петель и сукрутин определяют ее внешний вид и фасонньш эффект.
Условия образования сукрутин (рис.1) в текстильных нитях мало исследованы и удовлетворительные критерии для расчета критических параметров образования сукрутин не разработаны. Отсутствует единая математическая модель для описания процесса образования и распускания сукрутин, и моделирования их формы и размера, тогда как такая модель, проверенная экспериментально, способствовала бы разработке рекомендаций по предотвращению образования сукрутин в технологических процессах.
До сих пор разработка нового ассортимента фасонной пряжи требует проведения натурных экспериментов для определения необходимых технологических параметров. Создание математической модели процесса формирования таких видов фасонной пряжи, как петлистая или пряжа с сукрутинами, позволит прогнозировать внешний вид и свойства таких пряж для любых заданных технологических параметров и механических свойств используемых нитей, или, наоборот, определять технологические параметры, исходя из желаемых внешних эффектов и свойств фасонной пряжи. При наличии современной компьютерной техники па основе таких моделей появляется возможность осуществлять десситшторскую работу с помощью специально разработанного программного комплекса, снизить экономические затраты на проведение натурных экспериментов необходимых для определения технологических параметров, обеспечить оснащение машин фасонного кручения нового поколения компьютеризированными стендами и автоматизировать технологический процесс производства фасонной пряжи. Этими факторами определяется актуальность и важность диссертационной работы.
Проведенные исследования поддерживались следующими стипендиями и грантами:
-стипендия Президента Российской Федерации, 1997-1999;
-грант на поисковый проект молодых ученых Мил. Обр. РФ и Администрации С.-Петербурга, «Исследование процесса образования и распускания сукрутин в текстильных нитях», 1997-1998.
Некоторые этапы работы проводились в рамках федеральной госбюджетной программы Мин. Обр. РФ «Разработка математических моделей
для прогнозирования свойств текстильных материалов и исследования технологических процессов получения и контроля лъносодержащих материалов», Лентек 1.23.
Диссертационная работа проведена в сотрудничестве с университетом De Montfort в соответствии с договором между СПГУТД и DMU о совместной подготовке аспираптов; с английской стороны руководителем работы был др. Рей Харвуд, а научным консультантом др. Марк Бредшоу.
Дели и задачи иесдсдавания.
Цели исследования, представленного в диссертационной работе, состоят:
а) в изучении механизма образования и распускания сукрутин в
текстильных нитях; создании математической модели, описывающей этот
механизм, и разработке рекомендаций для предотвращения образования сукрутин
в технологических процессах, где их появление является нежелательным;
б) в разработке общего подхода к математическому моделированию
технологического процесса производства петлистой фасонной цряжи и фасонной
пряжи с сукрутинами, который позволяет на основе построения адекватной
математической модели создать соответствующие программные средства для
автоматизации технологического процесса производства фасонной пряжи.
Для достижения этих целей необходимо теоретически и экспериментально изучить процесс образования и распускания сукрутин, исследовать технологический процесс формирования фасонной пряжи и выявить влияние технологических параметров и механических свойств нитей, участвующих в формировании фасонной пряжи, на ее свойства и внешний вид. Далее с учетом установленных в эксперименте закономерностей необходимо создать математические модели рассматриваемых процессов, адекватно описывающие наблюдаемые явления, и разработать программные средства для компьютерного моделирования процесса образования и распускания сукрутин и процесса формирования петлистой пряжи и пряжи с сукрутинами.
Методы исследования.
В диссертационной работе использован математический аппарат, включающий элементы механики упругих стержней, линейно-наследственной теории упругости, теории бифуркации, теории динамических систем, математической статистики. Математическое моделирование выполнено па базе вычислительной техники широкого применения с использованием систем для инженерных расчетов и алгоритмических языков программирования.
Экспериментальное исследование проводилось на специально разработшшом оборудовании, включающем механические и электрические устройства, с использованием ЭВМ, видеотехники, а также на имеющемся зарубежном оборудовании Instron, KES-F и др., предназначенном для исследования механического поведения текстильных материалов.
Научная човпша работы заключается в следующем
-
Разработана единая математическая модель для описания процесса образования и распускания петель на текстильных нитях, применимость которой проверена экспериментально.
-
Впервые при оценке критических параметров образования сукрутин учтены нелинейное поведение текстильных нитей при кручении и релаксация момента кручения и получено хорошее соответствие между расчетными и экспериментальными результатами.
-
Разработаны программные средства с развитым графическим интерфейсом и средствами визуализации дня расчета критических параметров образования петель, напряжешю-деформировапного состояния нити в процессе образования и распускания петель иди нити с известными механическими свойствами при заданных внутренних и (или) внешних условиях нагружения.
-
Впервые предложена математическая модель процесса формирования фасонной пряжи (спиральной, петлистой и с сукрутинами), позволяющая по заданным технологическим параметрам и механическим свойствам нитей, используемых для производства фасонной пряжи, прогнозировать ее геометрические свойства и внешний вид.
-
Разработаны программные средства, обеспечивающие автоматизированный расчет геометрических характеристик фасонной пряжи по заданным технологическим параметрам и механическим свойствам исходных нитей, участвующих в формировании этой пряжи на машинах типа PL-31A, и технологических параметров, необходимых для получения пряжи с заданными характеристиками и фасонным эффектом.
Практическая ценность диссертационной работы определяется ее тематикой, ориенгироваїшои на использование методов компьютерного моделирования поведения крученых продуктов в технологических процессах их производства и переработки.
-
Создана специальная экспериментальная установка и разработапы методики для исследования механического поведения текстильных нитей при кручении под постоянным натяжением, позволяющие оценить неравповесность крученых нитей разной структуры и волокнистого состава. Рекомендованы соотношения между параметрами внешней нагрузки и свойствами нити, исключающие возможность образования сукрутин в технологических процессах производства и переработки крученых продуктов.
-
Разработаны программные средства для расчета критических параметров образования сукрутин, напряжешю-деформировапного состояния нити и визуализации результатов для применения в программах компьютерного
моделирования свойств пряжи и ткани, а также для расчета технологических
параметров, исключающих образование сукрутик. 3. Разработаны математическая модель процесса формирования фасонной пряжи
и программные средства, способствующий расширению ассортимента и
повышению эффективности производства пряжи на машинах PL-31 А.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на:
S Международной научной конференции «11рогресс-97», Иваново, 1997; J Всероссийской научной конференции «ЛЕН-98», Кострома, 1998; Ґ Всероссийской НТК «Наука льняному комплексу», Вологда, 1999; / конференции «Динамика и прочность судовых конструкций» в Морском
Техническом Университете, С.-Петербург, 1999; S научных конференциях студентов и молодых ученых в СПГУТД, С.Петербург, 1997,1998, 1999; S научных семинарах университета Dc Montfort, Leicester, UK, 1996, 1997,1998. S научном семинаре Научно-Текшгаеского Общества Судостроителей
«Механика, Материаловедение и технология полимерных и композиционных
материалов и конструкций», С.-Петербург, 1998. / научном совете АО «Петронить», 1999; S техническом совете ОАО «Невская Мануфактура», С.-Петербург, 1999.
Внедрение результатов работы. Результаты внедрены S на Krengholrn LTD (Нарва, Эстония) при исследовании причин образоваїпи
сукруган в хлопковой уточной пряже пневмомеханического способа прядения
в процессе ткачества; даны рекомендации по снижешда неравновесности
применяемой уточной пряжи; S на ОАО «Невская Мануфактура» для расширения ассортимента и
совершенствования производства фасонной пряжи на машинах PL-31 А; ґ в университете De Montfoct (Leicestre, UK) в программе компьютерного
моделирования и визуализации пряжи и ткани YarnCAD.
Публикации. По теме диссертации опубликовано }$_ печатных работ, из нихо^ статьи и _0_ публикаций в трудах конференций.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего (Ь>*^ наименования, и четырех
приложений. Основная часть диссертации изложена на /О^ страницах
машинописного текста. Работа содержит рисунков и /&* таблиц,
приложения содержат' і^страниц.
