Введение к работе
Актуальность работы. Соответствие качества одежды потребительским и промышленным требованиям, заложенным на этапе проектирования изделия, зависит как от конструкции одежды, так и от свойств материалов, из которых она изготавливается. В иерархической системе требований, предъявляемых к различным швейным изделиям, одной из наиболее весомых групп требований является совокупность требований антропометрического соответствия. Однако их учет связан с определенными проблемами, чаще всего вызванными недостатком информации о свойствах текстильных материалов и отсутствием способов их использования в традиционных методах проектирования.
Отсутствие методов учета физико-механических свойств материалов при проектировании одежды не позволяет формализовать с достаточной точностью процессы выбора методов конструирования и обоснования различных параметров конструкции, что снижает эффективность реализации автоматизированного проектирования.
Таким образом, актуальность разработки методов и процедур проектирования конструкции с учетом деформационных и прочностных характеристик текстильных материалов на ранних этапах обусловлена необходимостью создания и развития виртуальных моделей системы «человек – пакет материалов – одежда» и, в более широком плане, необходимостью совершенствования методов определения конструктивных параметров швейных изделий.
Сложность разрабатываемой проблемы и ее недостаточная изученность создают предпосылки для совершенствования метода оценки конструкции одежды на основе использования численных процедур метода обобщенных моделей конструкций, позволяющих эффективно учитывать нелинейное механическое поведения тканых материалов и изготовленных из них деталей одежды.
Работа соответствует научной специальности 05.19.04 Технология швейных изделий по следующим пунктам: 3. разработка математического и информационного обеспечения систем автоматизированного проектирования деталей одежды; 5. совершенствование методов оценки качества и проектирование одежды с заданными потребительскими и технико-экономическими показателями.
Целью исследования является совершенствование метода определения параметров конструкции одежды и оценки ее внутреннего антропометрического соответствия на основе численного моделирования напряженно-деформированного состояния типовых элементов тканых текстильных материалов.
Задачи работы:
-
Изучение возможностей учета в современных методах проектирования одежды механических свойств материалов.
-
Экспериментальные исследования деформативности участков одежды из различных материалов при воспроизведении повседневной деятельности человека, выявление характера деформаций, преобладающих в процессе начального периода эксплуатации изделия.
-
Формирование структуры и состава исходных данных о свойствах тканых текстильных материалов, необходимых для разработки обобщенных моделей поведения тканей в условиях эксплуатации.
-
Установление исходных данных для моделирования поведения деталей одежды из тканых материалов на базе научно-экспериментальных исследований.
-
Разработка функциональной модели процесса определения конструктивных параметров швейных изделий с учетом деформационных характеристик текстильных материалов.
-
Разработка и реализация метода моделирования механического поведения деталей одежды при пространственном деформировании в процессе эксплуатации, в том числе, создание библиотеки конечно-элементных моделей ячеек тканых материалов; разработка обобщенных моделей неупругого поведения структурных элементов тканей в условиях комбинированных воздействий; моделирование процесса пространственного деформирования деталей одежды с учетом свойств материала.
Объектами исследования явились:
макеты женской блузы, выполненные из хлопчатобумажных и смешанных тканых материалов,
детали блузы, испытывающие наибольшие деформации при эксплуатации изделия.
Предмет исследования – напряженно-деформированное состояние детали спинки при пространственном растяжении в процессе эксплуатации.
Основные методы исследования. Работа основывается на комплексном применении теории нелинейных обобщенных моделей процессов деформирования конструкций, современных численных методов механики деформируемого твердого тела, экспериментальных методов.
Конструкции изделий были разработаны в системе автоматизированного проектирования «Грация». Дальнейшая обработка чертежей и построение каркаса для твердотельных моделей осуществлены с применением программного обеспечения AutoCAD14. Исследования и анализ полученных моделей выполнены с помощью пакетов инженерного анализа ANSYS 10.0 и LS DYNA. Расчеты и обработка результатов исследований выполнены с применением программных средств Microsoft Office, CorelDraw X5.
Достоверность полученных результатов и выводов обеспечивается корректностью математической постановки задач деформирования и соответствием результатов моделирования и физической картины исследуемых процессов, совпадением количественных результатов с данными проведённых испытаний и экспериментальными данными, известными по научной литературе, использованием аттестованных измерительных средств и апробированных методик испытаний.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
научно обоснован состав и способы определения исходной информации, необходимой для разработки обобщенных моделей поведения тканей в условиях эксплуатации;
разработан и реализован метод определения эффективных характеристик структурных элементов тканей, впервые опирающийся на теорию нелинейных обобщенных моделей механики деформированного твердого тела;
научно обоснованы требования к условиям моделирования поведения деталей одежды при деформировании в период эксплуатации;
разработана численная модель поведения детали спинки изделия при эксплуатации, впервые учитывающая анизотропное упругопластическое деформирование тканого материала;
проведено численное и экспериментальное исследование влияния конфигурации срезов на напряженно-деформированное состояние детали спинки женской блузы.
Практическая значимость результатов работы заключается в следующем:
разработано и изготовлено испытательное устройство для определения свойств материалов при двухосном растяжении (патент на полезную модель № 102802 МПК G01N 3/08);
определены эффективные характеристики тканей полотняного переплетения, необходимые для моделирования их поведения в пакетах инженерного анализа ANSYS и LS DYNA;
разработаны практические рекомендации по применению метода моделирования поведения деталей с учетом их напряженно-деформированного состояния, повышающего уровень антропометрического соответствия однослойной женской плечевой одежды.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на заседаниях кафедр: «Механика» ФГБОУ ВПО «СамГТУ»; «Технологии сервиса и дизайна» филиала ФГБОУ ВПО «РГУТиС» в г. Самаре;
на конференциях: Поволжской региональной научно-технической конференции «Легкая промышленность. Сервис» (Самара, 2003), всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития сервиса: образование, управление, технологии» (Самара, 2004,2008,2010), всероссийской научно-технической конференции «Легкая промышленность. Сервис» (Самара, 2005), международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2006), всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара: СамГТУ, 2006, 2007), международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Москва, 2009), всероссийской научно-технической конференции «Современные сервисные технологии. Научные исследования аспирантов и молодых ученых» (Самара, 2009,2011).
Исследовательская работа «Разработка методов компьютерного моделирования процессов формообразования и формозакрепления деталей одежды» была поддержана в рамках Конкурса грантов для студентов, аспирантов и молодых ученых Самарской области в 2005 году, шифр гранта 336Т3.8К.
На защиту выносятся:
-
Иерархический подход к моделированию поведения деталей изделия из тканых материалов при эксплуатации.
-
Подход к получению обобщенных моделей структурных элементов ткани, описывающих поведение эквивалентного однородного материала.
-
Метод оценки деформаций деталей швейных изделий в условиях эксплуатации.
-
Результаты анализа влияния конструктивных параметров на характер распределений напряжений и деформаций в деталях одежды.
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 16 печатных работах: 2 тезисах докладов, 13 статьях, в том числе в 3 изданиях, входящих в «Перечень ведущих рецензируемых журналов», утвержденный ВАК Российской Федерации; получен 1 патент на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 149 страницах основного текста, содержит 80 рисунков, 5 таблиц, библиографический список из 128 наименований, 4 приложения.
