Введение к работе
Актуальность темы. Высокие требования, предъявляемые к потребительским свойствам и качеству современных изделий текстильной и легкой промышленности, определяют ее конкурентоспособность на внутреннем рынке Республики Беларусь и за рубежом Совершенно очевидно, что от качества исходных материалов, применяемых для изготовления тканей, трикотажа и одежды, зависит качество готового изделия Управление качеством продукции требует знания свойств, умения правильно измерять и объективно оценивать важнейшие показатели качества, а также достоверно прогнозировать количествен-
ные характеристики свойств продукции. Из всего многообразия свойств текстильных материалов (особенностей строения, геометрических, механических, физических, химических, эстетических и тд) в работе анализируются лишь механические свойства Это обусловлено несомненной их важностью и огромным влиянием на ход протекания технологических процессов переработки текстильного материала Кроме того, механические свойства сырья во многом определяют эксплуатационные свойства готовых из тий
Оценк качества текстильных материалов предполагает решение следующих задач оценка качества текстильного материала в соответствии с требованиями нормативно-технической документации, прогнозирование изменения качества текстильного материала в процессе его дальнейшей переработке и эксплуатации Однако, несмотря на значительное количество ГОСТов и технических условий, регламентирующих методики проведения испытаний, существующие методы требуют значительных материальных и временных затрат и не позволяют осуществлять прогноз показателей качества текстильных материалов в условиях их дальнейшей переработки и эксплуатации в изделии.
Вследствие этого, разработка новых методов оценки и прогнозирования механических свойств текстильных нитей, направленных на снижение временных и материальных затрат при проведении сертификационных испытаний с одновременным повышением их информативности является актуальной научной и практической задачей. Результаты исследований могут быть использованы при сертификации материалов и изделий текстильной промышленности, при разработке новых технологий получения и переработки текстильных материалов для определения рациональных режимов по результатам кратковременных испытаний, при разработке новых стандартов и технических условий, устанавливающих научно-обоснованные нормы показателей качества для конкретного вида сырья с учётом его дальнейшего использования
Актуальность и практическая значимость решаемых проблем подтверждается тем, что работа выполнялась в рамках Межвузовской программы фундаментальных исследований "Метрологическое обеспечение качества" "Разработка методики оценки и прогнозирования качества технических систем и изделий в легкой промышленности" (№ ГР 19991620), Государственной программы фундаментальных исследований "Исследование явлений и процессов генерации, переноса и преобразования энергии в термодинамических системах и энергетических технологиях" (Энергия-07) "Исследование нестационарной теплопроводности текстильных материалов" (№ ГР 2001522), задания Министерства образования Республики Беларусь "Исследование и разработка методов прогнозирования показателей качества изделий текстильной промышленности" (№ ГР 1999620)
Дель и основные задачи исследования. Целью настоящего исследования является разработка научно-обоснованных экспресс-методов оценки и прогнозирования физико-механических свойств текстильных нитей и развитие методологии их исследования
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи
исследование влияния масштабного фактора на прочностные характеристики текстильных нитей методами статистической имитации испытания и разработка методики оценки показателей неравномерности прочности по длине нити по результатам полуциклового испытания на растяжение,
разработка экспресс-методики прогнозирования деформационных свойств текстильных нитей и составных частей полной деформации по результатам полуциклового испытания на растяжение,
прогнозирование показателей механических свойств и исследование влияния продольной и поперечной гетерогенности структуры и механических свойств на прочностные характеристики текстильной нити методами статистической имитации испытания;
разработка экспресс-методов прогнозирования показателей усталостных свойств текстильных нитей методами статистической имитации многоциклового испытания на растяжение,
практическая апробация разработанных экспресс-методов оценки и прогнозирования физико-механических свойств текстильных нитей для определения рациональных режимов протекания технологий их получения на примере технологии пневмотермотекстурирования химических нитей
Общая методика исследований. Работа основывалась на результатах теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в трудах отечественных и зарубежных учёных.
В теоретических исследованиях использовались методы классической механики, механики идеальной гибкой нити, теории вероятности, теории случайных процессов, теории надёжности и текстильного материаловедения Численное решение систем дифференциальных уравнений, а гакже практическая реализация алгоритмов статистических имитационных моделей осуществлялось с использованием системы символьной математики Maple V
Экспериментальные исследования осуществлялись с применением методов математической статистики для обработки экспериментальных данных, которая осуществлялась с использованием прикладного программного пакета «Statistica for Windows» на ЭВМ
Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях кафедр «Текстильное материаловедение» Московского государственного текстильного университета им А Н. Косыгина, «Прядение натуральных и химических волокон», «Ткачество» Витебского государственного технологического университета и в производственных условиях Витебского ОАО «КИМ», Речиц-кого ОАО «Речицкий текстиль», Республиканского унитарного производственно-торгового предприятия «Оршанский льнокомбинат»
Научная новизна работы заключается в том, что
разработан алгоритм статистической имитационной модели, реализующий влияние масштабного фактора на прочностные характеристики текстильных нитей; '
обоснован ряд показателей, характеризующих неравномерность прочности по длине текстильных нитей, и разработана математическая модель влияния зажимной длины на прочностные характеристики текстильных нитей различного сырьевого состава,
разработана методика оценки показателей неравномерности прочности текстильных нитей по длине;
разработана методика прогнозирования долевого содержания химического компонента в смешанной пряже,
обоснован ряд показателей, характеризующих деформационные свойства текстильных нитей при полуцикловом испытании на растяжении,
разработаны математические модели прогноза долей полной деформации (быстрообратимой и остаточной) текстильных нитей в зависимости от введенных безразмерных показателей упругости и пластичности, определяемых по результатам полуциклового испытания на растяжение;
разработана экспресс- методика оценки показателей деформационных свойств и прогнозирования долей полной деформации текстильных нитей по результатам полуциклового испытания на растяжение;
разработаны алгоритмы статистических имитационных моделей процессов деформирования и разрушения текстильной нити, обладающей различного вида вариациями показателей механических свойств и структуры, при полуцикловом испытании на растяжение,
- установлены общие закономерности влияния продольной гетерогенности
показателей строения и механических свойств на прочностные характери
стики и произведена классификация показателей механических свойств и
строения по степени влияния их продольных вариаций на прочностные ха
рактеристики текстильных нитей,
разработаны обобщенные математические модели прогноза прочностных характеристик (напряжения при разрыве и относительного разрывного удлинения) текстильных нитей при наличии различного вида продольных ге-терогенностей показателей механических свойств и структуры,
установлены общие закономерности влияния поперечной гетерогенности показателей строения и механических свойств нитей пучка на прочностные характеристики и произведена классификация показателей механических свойств и строения по степени влияния их поперечных вариаций на прочностные характеристики текстильных нитей,
разработаны обобщённые математические модели прогноза прочностных характеристик при наличии различного вида поперечных вариаций показателей механических свойств и структуры нитей пучка,
установлены общие закономерности совместного влияния продольной и поперечной гетерогенностей показателей структуры и механических свойств на прочностные характеристики текстильных материалов и разработаны соответствующие модели прогноза;
теоретически обоснован подход к вопросу оценки показателей поперечной гетерогенности показателей структуры и механических свойств текстильных нитей в зависимости от формы и параметров диаграммы растяжения,
научно обоснованы и разработаны математические модели прогноза показателей поперечной гетерогенности степени разнодлинности и абсолютного разрывного удлинения пучка нитей по результатам полуциклової о испытания на растяжение;
разработаны вероятностные математические модели взаимосвязи показателей усталостных свойств и количества циклов нагружения при проведении испытаний на многократное растяжение,
разработаны алгоритмы статических имитационных моделей многоциклового испытания на растяжение,
установлены закономерности и разработаны модели прогноза влияния гетерогенности показателей механических свойств на сводные статистические характеристики выносливости текстильных нитей,
разработана научно—обоснованная экспресс-методика прогнозирования показателей усталостных свойств текстильных нитей различного сырьевого состава при испытании на многократное растяжение
Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные методики оценки и прогнозирования физико-механических свойств текстильных нитей позволяют всесторонне оценить свойства, определяющие качество текстильных нитей при незначительных временных затратах на проведение испытаний и не требуют дорогостоящего испытательного оборудования
Результаты диссертационной работы могут быть использованы
при сертификации изделий и материалов текстильной промышленности,
при разработке новых технологий получения и переработки текстильных материалов для определения их рациональных режимов,
при разработке стандартов и технических условий, устанавливающих научно-обоснованные нормы показателей качества для конкретного вида сырья с учетом его дальнейшего использования
По результатам комплекса аналитических и экспериментальных исследований
разработана методика оценки показателей неравномерности прочности по длине текстильных нитей, позволяющая при использовании стандартного испытательного оборудования произвести оценку введенных дополнительных показателей, характеризующих неравномерность прочностных характеристик по длине нити Применение данной методики не только повышает информативность полуциклового испытания на растяжение, но позволяет всесторонне оценить качество нити с учетом ее дальнейшего использования,
разработана экспресс- методика оценки показателей деформационных свойств и прогнозирования долей полной деформации текстильных нитей по результатам полуциклового испытания на растяжение, что позволяет при незначительных временных затратах на проведение испытания осуществить оценку введённых показателей, характеризующих деформационные свойства текстильных нитей при растяжении Результаты могут быть использованы при конструировании деталей одежды, ее изготовлении, при разработке новых материалов с улучшенными свойствами,
- разработана экспресс-методика прогнозирования показателей усталостных
свойств текстильных нитей различного сырьевого состава при испытании на
многократное растяжение, позволяющая уточнить условия их переработки,
разработать научные основы получения текстильных нитей с заданными
свойствами и может быть учтено при выборе конструкции изделий.
Реализация результатов работы. Разработанные экспресс-методы оценки и прогнозирования физико-механических свойств текстильных нитей были использованы на предприятиях текстильной промышленности Республики Беларусь
Промышленная реализация результатов исследований была осуществлена на ОАО «КИМ», ОАО «Речицкий текстиль», Республиканского унитарного производственно-торгового предприятия «Оршанский льнокомбинат», ОАО «Витебский комбинат шелковых тканей».
Материалы диссертационной работы использованы в учебном процессе Витебского государственного технологического университета при подготовке
учебных и методических материалов курсов «Основы теории проектирования технических систем», «Новое в технике и технологии», «Текстильное материаловедение» для студентов технологических специальностей.
Апробация результатов диссертадин Основные положения и результагы исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на
XXXVI и XLIII Международных семинарах "Актуальные проблемы прочности" (Витебск, 2000 г, 2004 г.);
XVII Петербургских чтениях по проблемам прочности, посвященных 90-летию со дня рождения проф. А.Н. Орлова (Санкт-Петербург, 2007),
Международной научной конференции "Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности" (Витебск, 2000);
Международной научно-технической конференции «Новые ресурсосберегающие технологии и улучшение экологической обстановки в легкой промышленности и машиностроении» (Витебск, 1999),
Международных научно-технических конференциях "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс)", (Иваново, 2000,2004),
Международной научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение качества - 2000" (Минск, 2000),
Юбилейной научно-технической межвузовской конференции СПГУТД (Санкт-Петербург, 2000),
Международной 53—й научно-технической конференции преподавателей, научных работников и студентов БГПА (Минск, 1999),
Международной научно-практической конференции «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологию) (Могилев, 2004),
Международной научно-технической конференции «Экологические и ресурсосберегающие технологии промышленного производства» (Витебск, 2006)
Международной научно-практической конференции «Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона (Лён)» (Кострома, 2006 г.),
Всероссийской научно-технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль)" (Москва, 2004 г., 2006 г.),
Всероссийской научной конференции "Информационные технологии в образовательной, научной и управленческой деятельности (Инфотек-стиль-2004)", (Москва, 2004 г.),
научно-технических конференциях преподавателей и студентов ВГТУ, 1998 -2007 гг.
заседаниях кафедры текстильного материаловедения Московского государственного текстильного университета им. А Н. Косыгина в 2004 - 2007 г
заседании проблемного совета факультета технологии и производственного менеджмента Московского государственного текстильного университета им А.Н Косыгина в 2007 г
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 59 печатных работ, в том числе 1 монография, 2 брошюры, 27 статей, 29 тезисов докладов на научно-технических конференциях
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений Объём диссертации составляет 333 страницы, включающие 126 рисунка и 54 таблиц Библиографический список включает 201 источник Приложения представлены на 30 страницах
Похожие диссертации на Разработка экспресс-методов оценки и прогнозирования физико-механических свойств текстильных нитей
