Введение к работе
Актуальность проблемы
Формирование рыночных отношений в стране, тенденции развития мирового рынка требуют от отраслей промышленности, выпускающих товары народного потребления, расширение производства продукции, повышение ее качества, объективности аттестации при экспорте и импорте товаров.
Среди товаров народного потребления, в сфере производства одежды, трикотажная продукция, благодаря высоким потребительским свойствам, занимает все более ведущую роль. Кроме того, наряду с традиционным использованием, трикотажные материалы все шире применяются при изготовлении изделий технического и медицинского назначения. Расширение ассортимента трикотажных изделий, использование для их изготовления новых видов сырья, необходимость повышения качества продукции требуют дальнейшего углубления изучения свойств трикотажа. Из всей совокупности свойств трикотажа наиболее важными являются механические при растяжении, так как они определяют способность изделий сохранять и восстанавливать свои размеры и форму после внесших силовых воздействий. Необходимость изучения механических свойств возросла также в связи с расширением ассортимента изделий, к которым предъявляются повышенные требования в отношении формоустойчявости и безусадочное.
Многие отечественные и зарубежные исследователи работают над изучением взаимосвязи структуры.и механических свойств трикотажа. Большой вклад в решении теоретических и практических вопросов по этой проблеме сделан А.С.Далвдовичем, и.И.Шаловым, А.И.Кобляко-вым, А.Н.Соловьевым, В.Н.Горбаруком, А.Н.Бузовым, В.П.Щербаковым, Л.А.Кудрявшым, Е.Б.КоСляковой, З.А.Торкуновой, Л. П. Игнатовой,
4 ''., П.Гросбергом, Д.Куком, М.Конопасеком, Д.Смэфитом, П.Поппером, С.Кавабатой и др.
Однако, ввиду сложности трикотажа, несовершенства или отсутг стьпя методов и аппаратуры для его испытаний вопросы, изучения закономерностей изменения структуры и механических свойств при различных режимах деформирования, а также, математическое моделирование свойств трикотажа, не получили достаточного развития. Такое обстоятельство не дает возможности эффективно совершенствовать и контролировать технологический процесс производства, оптимально подбирать материалы при проектировании изделий и объективно оценивать их поведение при эксплуатации. Поэтому проблема комплексного изучения свойств трикотажа при растяжении являются актуальной и практически значимой.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом госбюджетных научно-исследовательских работ АмГУ и Федеральной программой "Дальний Восток".
Цель и основные задачи исследования
Общей целью диссертационной работы является решение проблемы комплексного изучения структуры и механических свойств трикотажа при растяжении, разработки научно-обоснованных методов оценки и прогнозирования деформационных свойств.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
1. Разработать общую методологию оптических исследований структуры и деформационных свойств трикотажа при растяжении, включающую в себя: методы и аппаратуру для исследования процессов деформации петельной структуры и ее характеристик; методы для оценки деформаций трикотажа при полуцикловых и одноцикловых испытаниях.
-
Создать лабораторную аппаратуру, отвечающую современному научному уровню, для исследования деформационных свойств трикотажа при различных видах растяжения.
-
Изучить закономерности изменения конформаций и взаимного расположения элементарных звеньев структуры трикотажа, разрывных и неразрывных характеристик трикотажных материалов при. различных видах растяжения и направлениях приложения нагрузки.
-
Разработать методы и устройства для исследования разрывных характеристик нити и трикотажных материалов из них при действии влаги. Найти связь показателей разрывных, характеристик трикотажных материалов с аналогичными характеристикам!! нитей. Уточнить методы расчета разрывных характеристик трикотажных материалов при различной влажности.
-
Разработать математические модели для прогнозирования деформационных свойств трикотажа при растяжении.
Автор защищает научные положения, совокупность которых составляет новое научное направление, включающее создание научных основ и практических методов исследования структуры и механических свойств трикотажа при растяжении, разработку математических моделей для прогнозирования деформационных свойств трикотажа при растяжении. Эти положения включают:
теоретическое обоснование взаимодействия светового потока с элементарными звеньями структуры трикотажа и на основе этого разработку бесконтактных методов определения деформаций трикотажных материалов;
разработку методов и аппаратуры для оптических измерений параметров структуры и структурных преобразований, возникающих при растяжении трикотажа;
разработку методов и аппаратуры для .'изучения -механических свойств трикотажа при различных видах растяжения и действия вла-
ги;
разработку математически моделей для прогнозирования 'взаимосвязи деформацій і: напряжений при растяжении трикотажа;
результаті: теоретических и экспериментальных исследований структуры и механических свойств трикотажа при растяжении.
Общая методология исследования
Разработка методов оптически исследований структуры и меха-' нических свойств тракотака при растяжении базировалась на современных научных полоненнях в текстильном материаловедении, законах взаимодействия, светового излучения со светорассеиващей средой, теориях раепознозання образов, скоростного сбора и обработки оптической ішюрмацки.
.Математические модели для прогнозирования взаимосвязи деформаций и напряжений при растяжении трикотажа были получены путем теоретического моделирования, основанном на классически методах решения дпіференциальніїх уравнений.
Экспериментальные исследования выполнялись ка созданных при непосредственно?*; участии автора приборах и специальных стендах с применением разработаїшнх оптических і.ієтодоз сценки структуры и механических свойств трикотажа при растякашиї. В работе использованы методы микроскопии, скоростной видеосъемки, распознавания образов, тензометри:, катеыатпчоскей статистики.
Шіформация от измерительных; систем после соответствующего преобразования поступала в памлті сопряженного с приборами компьютером ІЕі." РО/лї 4SS и обрабатывалась по специальным программам.
Достоверность результатов
Все научные положения, виводи и рекомендации по работе обоснованы методической постановкой оксперимзнтов с 'использованием разработанной лабораторной аппаратуры, пропедшей. нормоконтроль,' подтверждены большим объемом статистического материала, обрабо-
гашюго методам! математической статистики с применением вичислите льной техники.
Научная новизна
В диссертации получены новые результаты, определяющие основы и направления развития теоріш и методологии, и их практической реализации для изучения структури и механических свойств трикотажа при растяжении.
Разработаны оптический метод и универсальная установка скоростного сбора и обработки оптической информации для изучения деформации структуры трикотажа при растяжении, создан пакет программ для реализации метода.
Разработаны оптический метод, установка и программное обес-печонке для автоматизированного определения поверхностного за-полнешя и пористости трикотажа.
Теоретически обоснована взаимосвязь геометрии элементарного звена трикотажа с коэффициентом оптической анизотропии, на основе которой разработали методи оценки характеристик растяжения трикотажа: метод оценки относительного удлинения; метод оценки полной деформации и ее составных частей.
Разработаны установім для оценки механических свойств трикотажа при различных видах и реяммах растяжения; метода и устройства для оценки влагообмепных свойств и разрывных характеристик нитей и трикотажа при действии влаги; метод расчета разрывных характеристик трикота::шах материалов при различной влажности на основе показателей свойств нитей при"стандартной влажности. ' .
Новизна разработанных методов и аппаратуры' подтверядена 4 авторскими свидетельствами и 2 решениями о выдаче авторских свидетельств.
На основе разработанных методов и созданного комплекса лабораторной аппаратуры, изучены процессы деформации структуры и ме-
ханическне свойства трикотака при различных видах плоскостного растяжения (одноосном, защемленном, двухосном) в зависимости от направления приложения нагрузки, механические свойства при пространственном растяжении. Изучена взаимосвязь' деформационно-ггрочностных свойств нитей и материалов из них при действии влаги.
Разработаны математические модели взаимосвязи деформаций и нагрузок при растяжении трикотажа' главных поперечно-вязаных переплетений и комбинированных на их основе, позволяющие прогнозировать диаграммы растяжения данных видов трикотажа в зависимости от величины параметров его структуры и деформационных свойств нити.
Практическая значимость работы
Разработанный комплекс методов и аппаратуры для оценки структуры и механических свойств трикотаа:а при растяжении позволяют значительно расширить и углубить исследования в области изучения деформационных свойств материалов, повысить точность измерений, снизить трудоемкость испытании.
Полученные результаты изучения закономерностей процессов изменения структури и механических свойств трикотажа при различных видах растяжения, действия влаги дают возможность эффективно совершенствовать и контролировать ход технологического процесса производства трикотажных материалов, оптимально, с точки зрения деформаций и усилий (нагрузок), подбирать материалы при проектировали изделий и объективно оценивать их поведение при эксплуатации.
Разработанные математические модели взаимосвязи мезду деформациями и напряжениями, возникавшими в трикотаже при растяжении, решают вазную для практики проектирования одежды' задачу. Модели позволяют по свойствам выбранной нити, виду переплетения и заданным размерам параметров его структуры прогнозировать диаграммы растяжения трикотажа, которые применяют для определения растя;иі-
мости трикотажа при заданном значешш напряжения (нагрузки) н других важных параметров, определяемых состояние трикотажа.
Метод расчета диаграмм растяжения трикотажа по математическим моделям внедрен в 000 "Трикотаж" (г.Благовещенск), совместном Российско-китайском предприятии "Харбо" (г.Благовещенск).
Комплекс аппаратуры и методы измерения структурных параметров п механических свойств трикотажа при растяжении, методики и устройства для определения влагообменшх и механических свойств материалов при действии влаги используются Амурской торгово-промышленной палатой, Дальновосточіш;.! технологическим центром Госкомвуза РФ, Центром сертификации Владивостокского государственного университета экономики и сервиса, Омским технологическим институтом. Гомельским кооперативним институтом, Санкт-Петербургским уішверситетсм технологии и дизайна, Амурским государствешшм университетом.
Научные результата работи использованы в рамках госбюджетных НИР и федеральной програмнії "ДальниЛ Восток" для решения задач разработки методов исследования и оценки параметров водокносодер-жащих материалов.
Методы исследоваїшя структуры и механических свойств трикотажа включены в лекционные курсы дисщшлини "Методы и средства исследований", "Материаловедение текстильных материалов", раздел свойства трикота-жых материалов. Кроме того, теоретические и практические разработюі диссертации характеризуются шрокими воеуонзюстями их применения для исследования процессов деформаций и напряжений, протекающих в различных текстильных и других материалах.
Апробация работы
Основные научные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на следующих научно-техни-
10 ческих семинарах и конференциях: ТО Международном конгрессе "ФиО-рихем-89" (Братислава, 1989); IV Всесоюзной конференции "Химические волокна: ассортимент, качество, переработка" (г.Калинин,1989); Областной научно-технической конференции "Новые технические н технологические разработки и их внедрение ь текстильной и легкой промншленносш" (Иваново, 1989 г.); Зональном семинаре "Современные технологий производства пряжи для хлопчатобумажного трикотажа" (г.Пенза, 1990 г.); Научно-технических конференциях ЛИТЛП им. С.,4.Кирова (г.Ленинград, 1989, 1990 г.); региональном научно-техническом сежшаре "Модификация поверхности конструкционных материалов с целью повышения износостойкости деталей машин" (г.Благовещенск, 1992 г.); Международной научно-техішческой конференции "Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства (Прогреос-93) (Иваново, 1993 г.); Международном научном совещании по лазерной обработке поверхности "Амур-94" (г. Благовещенск, 1994 г.); Региональной научно-технической конференции "Современные технологии и предпринимательство, региональные проблеми АТР (г.Владивосток, 1994 г.); Всероссийской научно-технической конференции "Роль геометрии в искусственном интеллекте в системах автоматизированного проектирования (г.Улан-Удэ, 1996 г.). Публикации: по материалам диссертации опубликовано 40 печатных работ, в т.ч. получено 4 авторских свидетельства и 2 решения о выдаче авторских свидетельств.
0 б ъ е и р а б о т и: диссертация включает введение, секь разделовосновного текста, заключения о общими выводами (375 стр., 107 рис., 30 табл.) и приложение. В прилокрщщ приведены пояснительные материалы, программы расчета на ЭВМ, акты внедрения. Библиография содеркит 356 наименований литературных источников.
