Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ возможности внедрения бесшовных технологий в производство одежды специального назначения 10
1.1. Анализ методов модификации структуры ткани 10
1.1.1. Метод модификации нитей 11
1.1.2. Метод введения дополнительных систем усилительных нитей 13
1.1.3. Комбинированный методов модификации структуры ткани 19
1.2. Ткацкие переплетения в триаксиальных оболочках 21
1.3. Проектирование специальной одежды сложных форм 26
1.3.1. Скафандр космонавта 27
1.3.2. Особенности изготовления силовой оболочки скафандра космонавта 29
1.3.3. Проектирование коленных и локтевых шарниров силовой оболочки скафандра космонавта 32
1.3.4. Проектирование силовой оболочки перчатки скафандра космонавта 35
1.3.5. Система требований для проектирования силовой оболочки скафандра 40
Выводы: 45
2. Проектирование цельнотканых оболочек с заданной эксплуатационной надежностью 47
2.1. Теория надежности в проектировании текстильных изделий 49
2.1.1. Способы определения количественных показателей надёжности 50
2.1.2. Теория цельнотканых оболочек 52
2.1.3. Способы повышения надёжности 54
2.2. Влияние структурных показателей на эксплуатационную надежность тканых оболочек 56
2.2.1. Влияния геометрических свойств тканей на эксплуатационную надежность тканых оболочек 56
2.2.2. Влияния механических свойств тканей на эксплуатационную надежность тканых оболочек 65
2.2.3. Зависимость свойств цельнотканых оболочек от характеристик нитей и вида переплетения 68
2.3. Разработка методики проектирования структуры цельнотканых оболочек на основе системы показателей надежности 70
Выводы 73
3. Разработка способа проектирования и изготовления усилительных элементов в цельнотканой оболочке с триаксиальной структурой 75
3.1. Разработка метода введения усилительных нитей в направлении трех систем основных нитей оболочки 77
3.2. Разработка метода введения усилительных нитей перпендикулярно основным нитям оболочки 79
3.3. Разработка метода введения усилительных нитей, расположенных в виде петель ".' 81
3.4. Исследование свойств цельнотканых оболочек с усилительными элементами 83
3.4.1 Исследование свойств экспериментальных усилительных элементов.. 83
3.4.2 Исследование свойств усилительных элементов, введенных в структуру плоской тканой оболочки 89
3.4.3 Исследование свойств усилительных элементов, введенных в структуру объемной цельнотканой оболочки 98
Выводы 103
4. Разработка способа проектирования цельнотканых деталей спецодежды с усилительными элементами 106
4.1. Разработка метода расчета количества и местоположения нитей в проектируемой цельнотканой оболочке с усилительными элементами 108
4.2. Разработка экспериментального образца силовой оболочки перчатки космонавта 113
4.2.1 Цельнотканая оболочка указательного пальца 114
4.2.2 Цельнотканая оболочка безымянного напалка 123
4.2.3. Цельнотканая оболочка напалка среднего пальца 130
4.3. Рекомендации по проектированию и изготовлению цельнотканои силовой оболочки перчатки космонавта 136
Выводы 137
Основные результаты работы и выводы 139
Библиографический список
- Метод введения дополнительных систем усилительных нитей
- Способы определения количественных показателей надёжности
- Разработка метода введения усилительных нитей перпендикулярно основным нитям оболочки
- Цельнотканая оболочка указательного пальца
Введение к работе
Возрастающая сложность промышленных изделий, ответственность функций, которые они выполняют, повышение требований к качеству изделий и условиям их эксплуатации - основные факторы, определяющие направления развития бесшовных технологий. Текстильные изделия специального и технического назначения становятся всё более сложными, как с точки зрения конструкции и технологии изготовления, так и в отношении структуры материалов, используемых для их производства.
Одним из перспективных направлений по усовершенствованию текстильных изделий является использование цельнотканых технологий. В ранее выполненных на кафедре ТШП МГУДТ работах была доказана высокая эффективность технологии проектирования и изготовления цельнотканых триаксиальных оболочек. Отличительной особенностью таких оболочек является изотропность свойств, что расширяет область применения бесшовных изделий.
Объемные триаксиальные оболочки обладают высокой
формоустойчивостью. Это объясняется тем, что структура материала сопротивляется деформационному воздействию сразу в трех направлениях, параллельных нитям утка, левого и правого застилов. Поэтому бесшовные триаксиальные оболочки перспективно использовать при изготовлении изделий с изотропными свойствами и изделий с заданными показателями прочности на конкретных участках, что особенно важно для создания оболочек специального назначения.
При изготовлении спецодежды, такой как костюм космонавта, одежда водолаза, летчика, особое значение приобретает обеспечение ее высокой эксплуатационной надежности и, в частности, таких показателей как прочность, износостойкость, формоустойчивость, удобство пользования, высокая работоспособность и жизнедеятельность в экстремальных ситуациях. Это обуславливает необходимость совершенствования
существующих и разработку новых материалов. Использование бесшовных технологий для изготовления деталей и узлов спецодежды является наиболее перспективным направлением совершенствования производства, так как обеспечивает улучшение износостойкости, долговечности, способности материала устойчиво сохранять форму изделия. Но одежда специального назначения является сложной технической системой с многочисленными деталями, отказ каждой из которой способен привести к потере защитных функций всего костюма, поставив тем самым под угрозу жизнь человека. По этой причине при разработке новых материалов и технологий изготовления одежды специального назначения необходимо глубокое понимание и использование теории надежности.
Космический скафандр за несколько десятилетий преодолел сложный путь от футуристического облегающего костюма, представленного в разработках первых энтузиастов, до 130 килограммового костюма, наблюдаемого миллионами телезрителей во время трансляций с Международной космической станции. Главная и наиболее сложная часть скафандра — силовая оболочка, которую изготавливают из текстильных материалов. Качество силовой оболочки и эффективность ее изготовления в значительной мере зависят от материалов и уровня работ на стадии разработки конструкции и технологии изготовления.
В скафандрах подвижность достигается за счет введения большего количества силовых элементов - дополнительных настрочных лент, металлических колец и т.д., отчего увеличивается вес изделия и трудоёмкость изготовления. Использование бесшовных технологий при производстве деталей скафандра позволит вводить усилительные элементы методом ткачества, что значительно снизит вес изделия, а также повысит прочностные характеристики.
Исследования, которые проводятся в ЦНИТТТП, МГУДТ, МГТУ им. Косыгина показывают, что изменение прочностных свойств ткани возможно осуществить за счет модификации переплетений и/или нитей. Но не
исследованным остается вопрос возможности использования модифицированных переплетений для формирования усилительных элементов методом ткачества.
Разработка пршщипиально нового метода проектирования и изготовления деталей как цельнотканых оболочек с введением усилительных элементов в процессе ткачества позволит значительно улучшить показатели надежности спецодежды.
Цель работы — разработка способов проектирования цельнотканых изделий специального назначения с усилительными элементами, обеспечивающих эксплуатационную надежность. Для достижения поставленпой цели в работе решались следующие задачи:
- анализ ткацких переплетений, усиливающих структуру ткани,
состоящей из двух систем нитей; '
анализ модифицироваїшьгх ткацких переплетений, состоящих из более двух систем нитей;
исследование зависимости свойств оболочек от параметров тканой структуры;
- разработка методики проектирования структуры цельнотканых
оболочек на основе системы показателей надежности;
- разработка методов введения усилительных элементов в структуру
цельнотканой оболочки, состоящей из трех систем нитей;
исследование свойств цельнотканых оболочек с усилительными элементами;
разработка способа проектирования спецодежды с усилительными элементами, введенными методом ткачества;
- разработка рекомендаций по просктиропатттгге ті тїзгстовлсттиіо
цельнотканой силовой оболочки перчатки космонавта.
Основные методы исследования. В работе использовались методы теоретического анализа, классификации, математического моделирования, трехмерного описания простраиствеїшьгх моделей, современные методы и
технические средства исследования свойств текстильных материалов. В работе использовались программы Microsoft World, Microsoft Excel, AutoCAD, Adobe Photoshop для операционной системы Windows XP.
Объектом исследования являются объемные формоустойчтгаые цельиоткатпле оболочки с усилительными элементами и способы их проектирования.
«st*f ііімяі mM4jrm~*a»bj**
^я-." 11^^113 результатов диссертационной работы заключается
разработан системный подход в проектировании цельнотканых оболочек с использованием модифицированных триакспалыплх переплетений для зонального изменения эксплуатационных свойств;
разработана методика проектироваттия структуры цсльпоткапых оболочек на основе системы показателей надежности;
разработаны три метода формирования усилительных элементов в процессе ткачества;
разработан способ проектирования и метод расчета количества и местоположения нитей в объемных цельнотканых оболочках с усилительными элементами.
Практическая значимость работы заключается в:
- разработке способа проектирования структурных характеристик
целъпоткапътх оболочек на основе заданных механических, физических
свойств и требований эксплуатационной надежности;
разработке трех принципов модификации триаксиальных переплетений и трех методов введения усилительных гоггей в триаксиальпуто цельнотканую оболочку;
- разработке цельнотканых напалков силовой оболочки перчатки
скафандра космонавта и рекомендаций по ее проектированию и
изготовлению.
Достоверность проведенных исследований подтверждена корректностью теоретических предпосылок постановки задач и современными методами их решения, использованием известных положений фундаментальных наук, сходимостью полученных теоретических результатов с даппыми эксперимента и результатами промышленной апробации изготовленной целытотканой оболочки. Достоверность новизны технического решепия подтверждается подачей заявки на патент па изобретение «Способ изготовления цельпоткапых оболочек с уешгатслытыт.пт элементами».
Апробация и реализация результатов исследования. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на трех научно-практических межвузовских коттфсрсітціїях и на ОАО «НІНІ «Звезда». На основе разработанной методики проекгирования цельнотканых оболочек с усилительными элемептами проводится разработка целънотканой силовой оболочки перчатки для скафандра космонавта в рамках договора о сотрудничестве МГУДТ с ОАО «Т-11 іі і «Звезда» по программе Федерального Космического Агентства по разработке усовершенствованного скафандра для внекарабелытой деятельности.
Результаты и материалы исследования использованы в учебном процессе МГУДТ при выполнении дипломных и научно-исследовательских работ студентов специальности 28.08.00 «Технология швейттых изделий».
Публикации. Основные положения работы опубликованы в тезисах докладов и трех статьях, подана заявка на патент на изобретение «Способ изготовления цельпоткапых оболочек с усилительными элементами».
~*'V*m.TWrrrmr?ntr* !-Ь«ї*ГїПГ Ж ТТтЖҐ*Г*Гь-#-*НРОТ"ПГТ/ЧТТТТО«Т ^оЯатО or^TWrTT» тхо тїтїгьттґхттттгг
четырех глав, общих выводов, списка литературы, включающего 46 наименований. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков, 20 таблиц.
Метод введения дополнительных систем усилительных нитей
Самое простой пример данного метода - введение дублирующей нити для нитей одной или нескольких систем вырабатываемой ткани. Иными словами, увеличение количества уточных или основных нитей на заданном промежутке ткани, т.е. зональное увеличение поверхностной плотности.
Количество дополнительных систем усилительных нитей зависит от требуемых прочностных характеристик. Способы введения дополнительных систем нитей зависят от многих факторов, например, от возможностей оборудования или от требований, предъявляемых к конечному результату.
Чем больше количество дополнительных систем усилительных нитей, тем выше прочностные показатели ткани.
Производство тканей с заданным зональным распределением свойств путем введения дополнительных систем нитей является перспективным направлением, так как расширяет область применения текстильных изделий. Современный уровень развития ткацкого и плетельного оборудования позволяет изменять число рабочих систем нитей в процессе производства тканого полотна. Однако вопрос изготовления таких материалов еще не решен.
Известны ткани, в которых комбинируются переплетения с разным числом систем нитей, что позволяет решить вопросы формообразования и дизайна. На кафедре ТШП МГУДТ разработан метод изготовления цельнотканых оболочек с комбинацией двухниточного и трехниточного переплетений [6]. Трехниточное переплетение состоит из нитей утка и двух систем наклонных нитей, которые, при переходе к двухниточному переплетению, становятся нитями основы. Проведенные испытания таких оболочек показали, что они не уступают по прочности и эксплуатационной надежности оболочкам, в которых используется один вид переплетения, но расширяют возможности бесшовных технологий в области формообразования. Поэтому целесообразно проведение дальнейших разработок методов модификации тканых структур путем введения дополнительных систем нитей.
Дополнительные системы нитей могут быть введены как в двуаксиальную, так и триаксиальную тканую структуру. Пример оболочки, в которой двухниточное переплетение переходит в трехниточное, является простейшим, так как содержит минимальное число систем нитей. Более сложные структуры можно получить путем введения более чем двух дополнительных систем нитей в двуаксиальное переплетение, или одной и более систем нитей в триаксиальное переплетение.
Рассмотрим виды тканей, состоящие из более чем двух систем нитей, которые можно рассматривать как модификацию двухниточного или трехниточного переплетения.
Известен способ производства тканой оболочки цилиндрической формы из четырех видов нитей: основы, утка и двух видов наклонных усилительных нитей [7]. Этот способ производства оболочек базируется на утверждении, что наиболее прочная структура ткани получается в том случае, если нити пересекаются под углом 45. Таким образом, достигается повышение сопротивляемости материала деформационным воздействиям во всех направлениях, улучшается прочность на разрыв и изгиб. Нити основы, утка и наклонные усилительные нити могут быть из любого материала, включая натуральные и синтетические волокна. На рисунке 1.4 представлена структура плоского полотна, состоящего из четырех видов нитей: 1- нити основы, 2 и 3- наклонные усиливающие нити, 4- нити утка. В представленном способе нити утка всегда располагаются под нитями основы, что связано с особенностями производства материала на плетельном станке.
Теплорассеивающий материал (рис. 1.5) содержит взаимно перпендикулярные нити основы и утка, образующие его прямоугольную структуру, и наклонные, взаимно перпендикулярные нити, образующие наклонную структуру материала. Все нити формируют материал в ходе одной ткацкой операции. Материал имеет высокие показатели тешіорассеяния. Благодаря своей комбинированной структуре материал имеет выраженную направленность максимальной теплопроводности в восьми направлениях соответственно ориентации нитей [8].
Плетеный материал трубчатой формы (рис. 1.6) содержит продольные нити, группу нитей, ориентированных наклонно относительно оси изделия и продольных нитей, и вторую группу нитей, ориентированных перпендикулярно нитям первой группы. Группы нитей лежат в разных цилиндрических поверхностях. Продольные нити последовательно проходят сверху и снизу первой и второй групп наклонных нитей, связывая все нити вместе. В материале нити первой группы преобладают на лицевой стороне поверхности, нити второй группы преобладают на нижней поверхности [9].
Упрочненная ткань (рис. 1.7) с лицевой стороны имеет переплетение нитей основы в одном направлении и уточных нитей в перпендикулярном к ним направлении или петельное плетение. Кроме того, с изнаночной стороны эта ткань имеет упорядоченную сетку, состоящую из нитей основы и утка, обладающих более высокими механическими свойствами, в отличие от лицевой стороны. Упорядоченная сетка соединена с обшивкой на лицевой стороне в различных точках своими нитями, которые, перекрещиваясь на внешней стороне основы, образуют лицевую сторону ткани [10]. Данный способ хорош тем, что усиливаются все направления, т.е. изменения геометрии структуры материала при разнонаправленных деформационных воздействиях будут равномерны.
Ткань с переплетением Шилова [11] содержит коренные нити основы и утка и имеет уточно-перевивочное переплетение, для чего она дополнительно содержит формирующие основные нити и перевивочные уточные нити. Перевивочная уточная нить расположена сначала впереди коренных уточных нитей по ходу выработки ткани, после чего перевивочная нить размещена по диагонали с перекрытием коренных основных и уточных нитей.
Способы определения количественных показателей надёжности
Показатели надежности определяют расчетным путем, проведением испытаний и обработкой результатов (статистических данных) эксплуатации изделий, моделированием на ЭВМ, а также в результате анализа физико-химических процессов, обусловливающих надежность изделия [25]. Расчёты надежности основаны на том, что при определенной структуре изделия и
имеющемся законе распределения наработки до отказа изделий этого типа существуют вполне определенные зависимости между показателями надежности отдельных элементов и изделия в целом. Расчёты производят главным образом на этапе проектирования изделий с целью прогнозирования для данного варианта изделия ожидаемой надежности. Это позволяет выбрать наиболее подходящий вариант конструкции и методы обеспечения надежности, выявить «слабые места», обоснованно назначить рабочие режимы, форму и порядок обслуживания изделия.
Надежность текстильных изделий складывается из надежности отдельных узлов (деталей) изделия. Надежность цельнотканых оболочек определяется надежностью волокон и нитей, надежностью геометрии элементарных ячеек и надежностью строения тканой структуры, куда входят показатели, связанные с переплетением и способами формообразования. Изготовление цельнотканых оболочек является трудоемким процессом, занимающим большой объем времени. Поэтому для сокращения временных затрат и повышения качества цельнотканых изделий необходимо проводить расчеты надежности на этапе проектирования изделия.
Если для изделий, изготовленных по традиционной швейной технологии, показатели надежности и их количественные характеристики могут быть определены на основе имеющегося опыта возникновения отказов, то на современной этапе развития цельнотканых технологий мы еще не обладаем подобным опытным знанием об эксплуатации бесшовных изделий. В случае если цельнотканую оболочку разрабатывают для замены изделия, выполненного по швейной технологии, то для определения количественных показателей надежности можно использовать соответствующие данные, имеющиеся для сшитого образца. Но если ведется разработка бесшовной оболочки принципиально нового вида изделия, то необходимо использовать теоретические расчеты, основанные на теории оболочек, адаптированной для сетчатых мягких оболочек. Это позволит определить критические области на основе геометрии формы оболочки на этапе проектирования 3D формы, т.е. до непосредственного расчета тканой структуры. Таким образом, переходя к проектированию параметров ткани, мы уже будем знать области, где необходимо повысить надежность.
Текстильной оболочкой называют бесшовное тканое изделие, имеющее кривизну в одном или двух направлениях, толщина которого по сравнению с остальными параметрами намного меньше. Отличительной особенностью цельнотканых оболочек является то, что они могут быть неоднородными, т.е. с точки зрения математики их невозможно описать по одним правила. Примером этому служат разнотолщинные оболочки буфинированной формы.
Любая оболочка воспринимает растягивающие напряжения [26]. Самый наглядный пример — оболочка воздушного шара, которая находится под внутренним давлением газа.
В отличие от тонкостенных куполов и других архитектурных оболочек, цельнотканые оболочки не имеют напряжения сжатия, т. к. любая текстильная оболочка имеет опорный участок при эксплуатации. Если форма цельнотканой оболочки спроектирована правильно, то растягивающее напряжение распределено равномерно в области опорной поверхности[27].
Под опорной поверхность оболочки следует понимать не только верхний опорный участок, но и те участки, где резко меняется направление касательной, кривизна или толщина оболочки, так как каждая такая незакономерность вызывает местный изгиб вследствие нарушения принципа непрерывности. Напряжение местного изгиба является дополнительным напряжением первого порядка.
На основании сказанного, изображенная на рисунке 2.1 оболочка - юбка имеет опорные поверхности не только в области опорного поясного участка, учитываемого при конструировании развертки, но и по контурам в области точек end.
Чем больше опорная поверхность цельнотканой оболочки, тем меньше растягивающее напряжение, которое воспринимает оболочка. Для участков, не являющимися опорными, можно просчитать напряжения по аналогии с расчетами архитектурных оболочек. Для конической, цилиндрической и кольцевой оболочек с постоянной толщиной стенок имеются точные решения [26]. Однако эти решения даже в простых случаях требуют сложных вычислений. Для произвольной оболочки вращения, а в особенности с переменной толщиной, точное решение до сих пор не достигнуто даже для жестких оболочек. А для сетчатых мягких оболочек, где необходимо учитывать так же напряжения внутри элементарных ячеек, расчет напряжений практически невозможен в настоящее время. Поэтому для исключения деформационных изменений необходимо минимизировать возможные напряжения в областях неопорных поверхностей на стадии проектирования структуры оболочки. Для этого в областях неопорных поверхностей оболочка должна иметь максимально устойчивую структуру, что можно достичь двумя способами: — если все нити оболочки являются прямыми одеваемой поверхности; — если все элементарные ячейки стремятся к правильной форме (прямоугольной или равностороннему треугольнику), т. е. изменение сетевых углов сведено к минимуму.
Элементы формообразования вносят дополнительные напряжения, которые являются напряжениями второго порядка. По этой причине для создания максимально уравновешенной оболочки формообразование должно быть решено в пределах опорных поверхностей. Если невозможно спроектировать форму оболочки без изменения сетевых углов на неопорных поверхностях, то необходимо улучшать прочность за счет параметров нитей и вида переплетения, что будет подробно рассмотренно в следующих главах.
Определение опорных и неопорных поверхностей цельнотканой оболочки позволяет выявить те участки, которым нужно уделять особое внимание во время проектирования тканой структуры и элементов формообразования с целью достижения заданных параметров надежности. Сочетание и расположение опорных и неопорных поверхностей зачастую диктует способы повышения надежности.
Разработка метода введения усилительных нитей перпендикулярно основным нитям оболочки
Сущность метода заключается в том, что на определенном участке основной оболочки в тканую структуру вплетают дополнительные усилительные нити, располагая их в виде ломанных, каждый отрезок которых повторяет положение одной из нитей основной оболочки (рис. 3.2). Способы введения дополнительных нитей зависят от многих факторов, например, от возможностей оборудования или от требований, предъявляемых к конечному результату. Так, усилительные нити могут повторять положение основных нитей (рис.3.3, а), могут быть введены со смещением на одно перекрытие (рис. 3.3, б) или с формированием более длинных перекрытий, чем у основных нитей (рис. 3.3, в).
Введение дополнительного усилительного элемента не требует особых закрепок, так как выполняется в процессе ткачества. Но если необходим резкий переход между структурами основного триаксиального полотна оболочки и усилительного элемента, например для формирования чёткой границы буфов, то можно ввести дополнительную закрепочную нить в границы усилительного элемента (см. рис. 3.2) или повысить поверхностное заполнение продольных нитей на участке усилительного элемента.
Рассмотренный метод введения усилительных нитей позволяет укреплять структуру ткани в направлениях основных трех систем нитей, при этом сохраняется анизотропия свойств в других направлениях. Введение усилительных систем нитей фактически повышает поверхностную плотность на участке усилительного элемента, что незначительно уменьшает разрывное удлинение, но увеличивает разрывную нагрузку. Так введение дополнительных усилительных трёх систем нитей, повышающее поверхностную плотность вдвое, ведёт к увеличению разрывной нагрузки на 5%.
Метод введения усилительных нитей в направлении трех систем основных нитей наиболее приемлем с точки зрения технологии изготовления, так как не требует больших изменений в оборудовании. Помимо этого, при использовании данного метода можно вводить на участке усилительного элемента продольные и\или поперечные нити с повышенными прочностными показателями, что ещё больше увеличит прочность изготавливаемого элемента оболочки.
Триаксиальные оболочки наиболее подвержены деформации в направлениях, перпендикулярных трём системам основных нитей. Поэтому, если требуется существенно сократить анизотропию материала, то формирование усилительных элементов в цельнотканой триаксиальной оболочке надо осуществлять методом введения нитей перпендикулярно нитям основного полотна. При этом возможно ввести от одной до трёх усилительных систем нитей (рис. 3.4). Если ввести три усилительные системы нитей, соответственно перпендикулярные каждой из систем основных нитей, то анизотропия свойств уменьшится в два раза [1].
Цельнотканая оболочка, спроектированная и изготовленная рассматриваемым методом, является структурой с комбинацией многоосных переплетений. Так, если усилительные элементы изготовлены введением трех дополнительных систем нитей, то цельнотканая оболочка состоит из участков с триаксиальным и шестиаксиальным переплетениями. Соответственно свойства таких оболочек сложно оценить стандартными испытаниями, эти оболочки следует рассматривать как сложные системы.
Данное техническое решение обеспечивает возможность создания разнообразных объёмных цельнотканых форм, обладающих высокой износоустойчивостью и формоустойчивостью, что расширяет область применения создаваемых изделий. Одновременно происходит сокращение потерь материала и повышается качество изготавливаемых изделий. Однако рассмотренный метод имеет недостаток: сложность реализации с точки зрения технологии ткачества.
Метод заключается во введении в структуру цельнотканой оболочки одной системы усилительных нитей, которые представляют собой нити с перегибами, расположенные в виде петель по перпендикуляру к одной из систем основных нитей (рис.3.5).
Усилительные нити могут быть вплетены в структуру основного полотна теми способами, которые были описаны в главе 3.1. Но если по конструктивным требованиям необходимо, чтобы усилительный элемент являлся так же кулиской (как в деталях, требующих подгонку по размеру с помощью затяжных шнуровок), то усилительные нити вплетают только по линиям границ усилительных элеметов.
Цельнотканая оболочка указательного пальца
Проектирование цельнотканых оболочек целесообразнее выполнять в автоматизированном режиме, что обеспечит максимальную точность расчета и сократит временные затраты. Особенностью способа проектирования цельнотканых оболочек с триаксиальными переплетениями является то, что весь процесс расчета формы и структуры изделия выполняют в трехмерном пространстве без перехода к двухмерным разверткам [1].
Первый этап проектирования заключается в задании формы рабочей поверхности в трехмерном пространстве, что возможно выполнить как путем трехмерного фотографирования, так и заданием параметров одеваемой поверхности в трехмерной среде проектирования. Но как было рассмотренно во второй главе данной диссертационной работы, форму цельнотканых оболочек необходимо проектировать с учетом последующей усадки изделия после снятия с манекена.
На втором этапе проектирования цельнотканого изделия выполняют анализ оболочки в рамках системы надежности. Сначала рассматривают только основную структуру оболочки, выбирают вид и параметры переплетения, характеристики нитей, определяют особенности расположения дополнительных формообразующих нитей, вносят уточнения в трехмерную форму оболочки, определяют пути повышения надежности оболочки на стадии производства. Затем, в соответствие с конструктивными требованиями, функциональным назначением и условиями проектирования устойчивой тканой структуры, определяют параметры усилительных элементов и методы их введения.
Третий этап проектирования цельнотканой оболочки с усилительными элементами - расчет местоположения нитей в структуре оболочки. В топологии известно много различных способов задания трехмерных многообразий, но наиболее простым представляется метод триангуляции, широко используемый в трехмерных САПР. Этот метод позволяет практически безошибочно проектировать любую объемную поверхность, что повышает качество и точность создаваемых изделий.
Треугольные элементы, полученные в результате триангуляции, преобразуют во множества, подчиняющиеся законам неевклидовой геометрии, соблюдая следующую аксиому: две параллельные прямые, принадлежащие одной плоскости, пересекаются хотя бы один раз. Это позволяет условно преобразовать стороны треугольников в три системы параллельных линий, которые отображают местоположение нитей в структуре ткани. В случае если проектируемая оболочка является телом вращения или существуют определенные требования к расположению дополнительных формообразующих нитей, производят перерасчет условий введения (выведения) дополнительных нитей в рамках заданной триангуляции путем перестраивания пар соседних треугольников. В результате получают информацию о количестве нитей в сечениях проектируемой оболочки и условиях введения дополнительных формообразующих нитей.
Завершающей стадией проектирования оболочки является расчет количества и местоположения систем нитей усилительных элементов. В зависимости от метода введения усилительных систем нитей, проектирование структуры усилительных элементов может быть осуществленно следующими методами: - триангуляционным рассчетом [1]; - откладыванием равных расстояний от кривых, определяющих положение основных нитей оболочки [38]; - построением кривых по заданному набору точек, принадлежащих поверхности трехмерной модели.
Проектирование цельнотканых триаксиальных оболочек выполняют методом триангуляции, который в современных 3-D САПР работает на базе неевклидовой геометрии. Это дает возможность проектировать оболочки с максимальным числом нитей, находящихся в равновесном состоянии, то есть являющихся прямыми поверхности. Равновесное состояние нитей в оболочке гарантирует стабильность формы и исключает необходимость фиксирования формы изделия дополнительными материалами, как это выполняют при использовании чебышевских сетей.
На первом этапе автоматизированного проектирования цельнотканых оболочек необходимо задать трехмерную форму одеваемой поверхности. Способы задания трехмерных поверхностей сложной формы детально разработаны и не представляют особой сложности [39, 40].
Второй этап проектирования объемных цельнотканых оболочек заключается в расчете триангуляции заданной поверхности в соответствии с параметрами проектируемой тканой структуры. Для осуществления этого этапа необходимо задать исходную информацию, которая будет однозначно определять структурные характеристики нитей и их расположение в структуре ткани. К таким характеристикам относятся: диаметр нитей, количество нитей на 10 см для каждой из трех основных систем нитей, вид переплетения, условия введения и особенности расположения формообразующих нитей в структуре ткани, допустимые значения отклонения плотности распределения нитей.
