紗線與織物同機(jī)彎曲表征及建模分析.pdf

1、紗線與織物的彎曲性能是紗線與織物風(fēng)格評(píng)價(jià)中最為重要和經(jīng)典的特性，因?yàn)樵撔阅苤苯佑绊憙?nèi)衣的貼身性、柔軟性和懸垂特征；外衣的挺括、抗皺、保形與造型等特征；睡袋、帳篷等的折疊加工成形，因此，在紗線與織物的使用與加工過程中，必須選擇合適的彎曲性能，以及與此有關(guān)的質(zhì)量、厚度、摩擦性能和拉伸性能等。而選擇或改善的基本依據(jù)是認(rèn)識(shí)和測(cè)量紗線與織物的性能，尤其是定量化的表征。目前國(guó)內(nèi)外紗線與織物彎曲測(cè)試儀主要采用單測(cè)單指標(biāo)測(cè)量，性能單一、技術(shù)落后、實(shí)用

2、性差；單測(cè)多指標(biāo)測(cè)量，多為實(shí)驗(yàn)室技術(shù)、且性能亦較為單一、無(wú)標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用；多測(cè)多指標(biāo)測(cè)量，價(jià)格昂貴、自動(dòng)化程度較低。作為單測(cè)單指標(biāo)測(cè)量的延伸技術(shù)為單測(cè)多指標(biāo)方法，是表征技術(shù)的前沿和趨勢(shì)。其本質(zhì)是原位組合測(cè)量技術(shù)。采用單測(cè)多指標(biāo)原理測(cè)量紡織品性能與風(fēng)格不僅可以實(shí)現(xiàn)多功能快速化測(cè)量，而且是真正“一樣”的綜合性測(cè)量。 本課題完成的就是采用單測(cè)多指標(biāo)原理，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、集紗線與織物彎曲測(cè)量于一體的測(cè)量?jī)x器和方法，并通過一次變形實(shí)現(xiàn)

3、紗線與織物的組合原位測(cè)量。由此，定量地表達(dá)紗線和織物的質(zhì)量、彎曲、摩擦、拉伸和厚度等力學(xué)性能及其與彎曲間的相互關(guān)系；準(zhǔn)確預(yù)測(cè)紗線與織物的彎曲性能，為綜合地表征紡織品風(fēng)格特征奠定基礎(chǔ)。該研究不但可以從根本上降低儀器的成本與價(jià)格、快速和多方位地獲取紗線與織物力學(xué)和風(fēng)格特征，進(jìn)行性能分析與風(fēng)格判定，而且可以實(shí)現(xiàn)紡織品的快速標(biāo)準(zhǔn)化檢驗(yàn)，為紡織品的質(zhì)量把關(guān)、紡織品的開發(fā)和加工以及高生產(chǎn)效率、低成本檢測(cè)儀器提供可行、有效的先進(jìn)技術(shù)指導(dǎo)。 本

4、課題基于準(zhǔn)三點(diǎn)梁彎曲理論建模實(shí)現(xiàn)紗線與織物彎曲性能同機(jī)同彎曲原理，進(jìn)行同試樣測(cè)量?；趩螠y(cè)多指標(biāo)測(cè)量理念為實(shí)現(xiàn)一次組合原位測(cè)量獲取質(zhì)量、彎曲性能、摩擦性能、拉伸性能和厚度等指標(biāo)，開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的紗線與織物性能組合原位測(cè)量裝置(即CHES-FY系統(tǒng))。依據(jù)CHES-FY系統(tǒng)測(cè)量所得抽拔力-位移曲線，進(jìn)行特征模式識(shí)別可得到典型曲線上對(duì)應(yīng)于質(zhì)量、彎曲、摩擦、拉伸和厚度等特征的五個(gè)階段，通過特征分析可提取紗線與織物的各力學(xué)性能對(duì)應(yīng)的指標(biāo)

5、，即質(zhì)量階段可獲取紗線線密度和織物的平方米質(zhì)量；彎曲階段可提取抗彎斜率、彎曲功和最大彎曲力等特征指標(biāo)，并可獲取彎曲剛度；摩擦階段可獲取摩擦系數(shù)；拉伸階段可提取拉伸斜率、拉伸功、單位拉伸負(fù)荷下的伸長(zhǎng)率和拉伸曲線線性度等特征指標(biāo)，并可獲取拉伸彈性常數(shù)；厚度階段可獲取紗線的直徑和織物的厚度。通過本文的研究，得出以下結(jié)論： (1)CHES．FY系統(tǒng)抽拔力一位移曲線稱重階段基于平緩區(qū)的質(zhì)量特征值測(cè)得的試樣質(zhì)量與電子天平測(cè)量結(jié)果的線性回歸一

6、次系數(shù)和相關(guān)系數(shù)分別為1.36和0.95，說明兩者存在差異，且理論值比實(shí)測(cè)值大，但其高相關(guān)性表明用CHES-FY系統(tǒng)測(cè)量和表征試樣的質(zhì)量是有效的。 (2)基于彈性理論和紗線與織物的彎曲行為分析，建立了動(dòng)點(diǎn)彎曲模型和定點(diǎn)彎曲模型，通過CHES-FY系統(tǒng)實(shí)測(cè)所得的彎曲階段抽拔力一位移曲線和所建彎曲模型的研究表明，彎曲剛度一曲率呈現(xiàn)非線性關(guān)系，以曲率位于1.5～2.5cm<'-1>時(shí)試樣的彎曲剛度均值作為被測(cè)試樣的彎曲剛度；通過兩種彎

7、曲模型彎曲剛度與其彎曲特征值及與KES-FB2和FAST-2的彎曲剛度測(cè)量結(jié)果相關(guān)性分析表明，用動(dòng)點(diǎn)彎曲模型表征試樣的彎曲性能比定點(diǎn)彎曲模型更好。 通過CHES-FY實(shí)測(cè)紗線與織物彎曲剛度，及KES-FB2和FAST-2測(cè)量織物的彎曲剛度和基于Abbott面接觸模型、 Abbott點(diǎn)接觸模型、Leaf模型和Wei模型等四個(gè)模型探討了紗線與織物彎曲剛度間關(guān)系。測(cè)量結(jié)果表明織物彎曲剛度經(jīng)四個(gè)模型轉(zhuǎn)換得到的紗線理論彎曲剛度與實(shí)測(cè)結(jié)果的

8、相關(guān)性較好，能夠量化不同彎曲性能的試樣。其中，Abbott點(diǎn)接觸模型是在面接觸模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，其改進(jìn)模型得到的理論結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)均比其他模型的相關(guān)系數(shù)高，其理論值與CHES-FY系統(tǒng)實(shí)際測(cè)量的紗線彎曲剛度結(jié)果最接近，且與實(shí)測(cè)結(jié)果的誤差最小(0.16)，與實(shí)測(cè)結(jié)果最接近，故上述四種模型中選用Abbott點(diǎn)接觸模型作為基于織物彎曲剛度和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)紗線彎曲剛度是最佳的。 通過CHES-FY系統(tǒng)摩擦階段和拉伸階段獲得的摩擦

9、系數(shù)和拉伸彈性常數(shù)對(duì)彎曲階段的動(dòng)點(diǎn)彎曲模型進(jìn)行修正，修正后彎曲剛度結(jié)果均比修正前的彎曲剛度值有所降低，相對(duì)誤差不超過10﹪；修正前、后彎曲剛度相關(guān)系數(shù)和線性回歸一次系數(shù)分別為0.997和1.095，表明修正前、后彎曲剛度均可用于量化試樣彎曲剛度和表征試樣的彎曲性能，以及兩者可以相互轉(zhuǎn)換，即可通過修正前彎曲剛度計(jì)算修正后彎曲剛度。 (3)CHES．FY系統(tǒng)基于歐拉方程計(jì)算試樣的緊邊張力和松邊張力，獲得試樣的摩擦系數(shù)μ<1>與KES

10、-FB4摩擦儀測(cè)量結(jié)果μ<,2>相關(guān)系數(shù)達(dá)0.848，存在較好的相關(guān)性；兩者線性回歸一次系數(shù)為1.154略大于1，表明兩者結(jié)果差異不大，但μ<,1>比μ<,2>略大，說明兩者測(cè)量結(jié)果在量化試樣摩擦系數(shù)大小上是一致的，可用于表征試樣的摩擦性能。其相關(guān)性分析進(jìn)一步表明用CHES-FY系統(tǒng)摩擦階段平緩區(qū)測(cè)量和表征試樣的摩擦系數(shù)是可行的、有效的。 (4)CHES-FY系統(tǒng)拉伸階段未考慮摩擦力和考慮摩擦力兩者求得的試樣拉伸彈性常數(shù)(E<,

11、1>、E<,2>)的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.994，說明兩者在表征試樣拉伸性能方面存在一致性，E<,1>和E<,2>分別與KES-FB1測(cè)量獲得的拉伸彈性常數(shù)E<,3>的相關(guān)系數(shù)為0.857和0.870，表明E<,1>和E<,2>在表征試樣的拉伸性能具有與E<,3>同等的效力；而試樣拉伸彈性常數(shù)E<,1>、E<,2>和E<,3>越大，克服試樣拉伸的拉伸功越小(其相關(guān)系數(shù)分別為-0.752、-0.804和-0.817)，并且試樣的伸長(zhǎng)率也越小(其

12、相關(guān)系數(shù)分別為-0.965、-0.982和-0.870)，以及伸長(zhǎng)率越大相應(yīng)克服試樣伸長(zhǎng)需要的拉伸功亦大，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.881。根據(jù)拉伸各特征參數(shù)相關(guān)系數(shù)和試樣拉伸彈性常數(shù)曲線分析可以得出該系統(tǒng)拉伸階段可用于測(cè)量和表征試樣的拉伸性能，定量給出試樣的拉伸彈性常數(shù)等特征指標(biāo)。 (5)CHES-FY系統(tǒng)測(cè)量試樣的厚度T<,1>均比FAST-1實(shí)測(cè)結(jié)果T<,2>小，但相對(duì)誤差e均不超過16﹪，表明T<,1>與T<,2>結(jié)果存在較好的一

13、致性；其次，T<,1>與T<,2>線性回歸一次系數(shù)為1.066略大于1，亦可知CHES-FY系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果小于實(shí)測(cè)值，另外兩者的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.97，進(jìn)一步表明用CHES-FY系統(tǒng)測(cè)厚階段厚度測(cè)量值表征試樣的厚度是準(zhǔn)確的、有效的。對(duì)所擬合的直線進(jìn)行精度校驗(yàn)，取置信度為0.95，則預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值的的誤差不超過0.022mm。 綜上所述，基于單測(cè)多指標(biāo)測(cè)量原理開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的組合原位測(cè)量系統(tǒng)(CHES-FY系統(tǒng))可實(shí)現(xiàn)紗線