紗條中纖維排列的模擬及其對(duì)成紗質(zhì)量的影響.pdf

1、纖維性能對(duì)成紗質(zhì)量的影響一直是紡織領(lǐng)域的經(jīng)典課題之一。其中，纖維在紗條中的排列狀態(tài)不僅影響著紡紗過(guò)程，也直接決定了紗或線的條干均勻度、斷裂強(qiáng)力等性能，從而對(duì)后續(xù)織造工藝和最終紡織品的質(zhì)量產(chǎn)生影響。纖維在紗條中的隨機(jī)排列很大程度上取決于纖維的幾何特征（長(zhǎng)度、細(xì)度）。因此，模擬纖維在紗條中隨機(jī)排列將有助于從理論上認(rèn)識(shí)纖維幾何特征對(duì)成紗質(zhì)量的影響機(jī)理，這對(duì)于原料配置的優(yōu)化、紡紗工藝的改進(jìn)、優(yōu)質(zhì)紗線的生產(chǎn)都具有指導(dǎo)意義。
　　本研究從模擬

2、纖維在紗條中的隨機(jī)排列出發(fā)，探討纖維的長(zhǎng)度和細(xì)度對(duì)成紗條干極限不勻（或稱為理論不勻）的綜合影響。然后根據(jù)此模擬建立單紗斷裂強(qiáng)力的計(jì)算方法，并據(jù)此分析單紗斷裂強(qiáng)力的影響因素。單紗拉伸斷裂過(guò)程中斷裂截面上的纖維可能會(huì)發(fā)生斷裂或者滑脫，這取決于臨界滑脫長(zhǎng)度。臨界滑脫長(zhǎng)度的求解不僅與纖維性質(zhì)有關(guān)，還取決于單紗的加捻。單紗的加捻程度還決定了斷裂纖維和滑脫纖維對(duì)單紗斷裂強(qiáng)力的實(shí)際貢獻(xiàn)。
　　本研究采用模擬方法建立了計(jì)算的理論模型，并對(duì)理論計(jì)算

3、值采用實(shí)驗(yàn)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證分析。由于纖維頭端位置以及長(zhǎng)度、細(xì)度指標(biāo)具有隨機(jī)性，在模擬纖維排列時(shí)采用Monte Carlo的方法對(duì)這些隨機(jī)變量進(jìn)行生成，使其能夠與實(shí)際相符合。關(guān)于成紗性能的分析和臨界滑脫長(zhǎng)度的推導(dǎo)還采用了幾何概率方法。為便于模擬和計(jì)算，本研究未考慮紡紗過(guò)程中機(jī)械因素以及纖維形態(tài)（或彎鉤）對(duì)成紗質(zhì)量的影響。論文按照研究?jī)?nèi)容共分為五章，其中各章的主要工作如下：
　　論文的第一章介紹了研究的背景，并在文獻(xiàn)綜述中著重介紹了國(guó)內(nèi)

4、外關(guān)于纖維在紗條中隨機(jī)分布、成紗條干不勻和斷裂強(qiáng)力的理論研究模型，并介紹了這些研究中所存在的問(wèn)題。
　　論文的第二章首先基于纖維左頭端沿紗軸方向呈均勻分布的假設(shè)，模擬了纖維在紗條中隨機(jī)排列，模擬紗條的條干極限不勻是通過(guò)計(jì)算從紗條截取的各子片段中包含所有纖維總重量的不勻來(lái)表示。以單紗8mm片段極限不勻的計(jì)算為例，若僅考慮纖維長(zhǎng)度因素的影響，計(jì)算結(jié)果表明，單紗的條干極限不勻隨著纖維長(zhǎng)度的增加而增加，并最終趨于穩(wěn)定，這與Suh的理論和紡

5、紗實(shí)測(cè)值的趨勢(shì)是一致的。對(duì)于不等長(zhǎng)纖維紗，其條干極限不勻僅與平均纖維長(zhǎng)度有關(guān)，與纖維長(zhǎng)度本身所服從的分布類型無(wú)關(guān)。若進(jìn)一步考慮纖維細(xì)度的影響，模擬計(jì)算結(jié)果表明考慮纖維細(xì)度分布時(shí)計(jì)算得到的條干極限不勻率高于未考慮纖維細(xì)度分布時(shí)的計(jì)算結(jié)果。其中纖維細(xì)度不勻越大，兩者之間的差異也越大，考慮纖維細(xì)度分布時(shí)計(jì)算的極限不勻值更趨近于實(shí)測(cè)值，這說(shuō)明纖維細(xì)度分布對(duì)紗條極限不勻的影響是顯著的。將纖維長(zhǎng)度和細(xì)度各指標(biāo)對(duì)條干極限不勻的影響進(jìn)行綜合分析，得到它

6、們的影響程度順序?yàn)椋浩骄w維細(xì)度>纖維細(xì)度不勻>平均纖維長(zhǎng)度>纖維長(zhǎng)度不勻。纖維在紗條中隨機(jī)排列的模擬是對(duì)紗條條干均勻度的直觀反映，從而為進(jìn)一步研究成紗的實(shí)際不勻以及成紗斷裂強(qiáng)力等性質(zhì)提供了可行的方法。
　　論文的第三章根據(jù)纖維在單紗中的隨機(jī)排列提出了單紗斷裂強(qiáng)力的模擬計(jì)算方法。其中單紗斷裂中纖維發(fā)生的斷裂或滑脫取決于臨界滑脫長(zhǎng)度，發(fā)生斷裂的纖維對(duì)單紗強(qiáng)力的貢獻(xiàn)為其本身斷裂強(qiáng)力，發(fā)生滑脫的纖維對(duì)單紗強(qiáng)力的貢獻(xiàn)為其平均滑脫摩擦力，它

7、們的貢獻(xiàn)之和就為單紗的斷裂強(qiáng)力。據(jù)此可計(jì)算模擬單紗中各個(gè)截面可能發(fā)生斷裂時(shí)的強(qiáng)力，其中的最小值就為整個(gè)單紗的斷裂強(qiáng)力。從模擬計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)纖維長(zhǎng)度增加或臨界滑脫長(zhǎng)度減小時(shí)，發(fā)生斷裂的纖維數(shù)目增多，發(fā)生滑脫的纖維數(shù)目減少，因而單紗的斷裂強(qiáng)力就呈增加趨勢(shì)，這是與紡紗實(shí)測(cè)值的趨勢(shì)是一致的。而對(duì)于不等長(zhǎng)纖維紗，其斷裂強(qiáng)力還與纖維長(zhǎng)度本身的分布形式有關(guān)。此外，模擬單紗片段長(zhǎng)度越長(zhǎng)，單紗斷裂強(qiáng)力的計(jì)算值也越低，這也是與前人得到的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)論

8、相一致。由于考慮了單紗截面纖維根數(shù)的變異，采用纖維在單紗中隨機(jī)排列的模擬計(jì)算成紗斷裂強(qiáng)力更加合理可靠，它能夠直觀反映纖維長(zhǎng)度對(duì)成紗強(qiáng)力的影響，也能夠直觀反映單紗中出現(xiàn)的弱節(jié)，因此它可以用于單紗斷裂強(qiáng)力的預(yù)測(cè)。
　　論文的第四章基于單紗結(jié)構(gòu)的假設(shè)，探討了臨界滑脫長(zhǎng)度的近似計(jì)算方法，并對(duì)第三章單紗斷裂強(qiáng)力的模擬計(jì)算方法進(jìn)行了修正。臨界滑脫長(zhǎng)度的近似表達(dá)式不僅考慮了纖維的力學(xué)性能，還考慮了單紗加捻的影響。計(jì)算結(jié)果表明臨界滑脫長(zhǎng)度隨著捻系

9、數(shù)的增加而下降。由于單紗加捻造成纖維斷裂強(qiáng)力的損失，因此發(fā)生斷裂的纖維和發(fā)生滑脫纖維對(duì)單紗強(qiáng)力的貢獻(xiàn)需要進(jìn)一步的修正，并將其代入第三章提出的單紗斷裂強(qiáng)力模擬計(jì)算方法中進(jìn)行強(qiáng)力計(jì)算。從模擬計(jì)算結(jié)果可以看出，單紗斷裂強(qiáng)力的模擬計(jì)算值隨著捻系數(shù)的增加先上升至最高值而后發(fā)生下降，這是與實(shí)測(cè)值的變化趨勢(shì)是一致的。低于臨界捻系數(shù)時(shí)，臨界滑脫長(zhǎng)度的下降使發(fā)生滑脫的纖維根數(shù)減小，且發(fā)生斷裂的纖維增多，這導(dǎo)致單紗強(qiáng)力隨捻系數(shù)的增加而上升。而在高于臨界捻系

10、數(shù)時(shí)，纖維因強(qiáng)力損失過(guò)大導(dǎo)致其有效強(qiáng)力的劇烈降低，并且纖維有效強(qiáng)力沿紗軸方向上的分力也大大減小，這將最終導(dǎo)致單紗強(qiáng)力的下降。此外，對(duì)于等長(zhǎng)纖維，各纖維指標(biāo)對(duì)單紗斷裂強(qiáng)力的影響程度順序?yàn)椋豪w維細(xì)度>纖維強(qiáng)力>纖維長(zhǎng)度。臨界滑脫長(zhǎng)度的求解和單紗斷裂強(qiáng)力的計(jì)算能夠揭示單紗隨捻系數(shù)變化的斷裂機(jī)理，它是合理且符合實(shí)際的。
　　論文的第五章是對(duì)本論文的主要貢獻(xiàn)和不足之處進(jìn)行了總結(jié)，并且提出了本課題未來(lái)的研究方向。
　　綜上所述，本研究通