织物折皱回复规律与建模.pdf
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1、第2 9 卷第l 期 2 0 0 8 年1 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 9N o 1 J a n 2 0 0 8 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 8 ) 0 1 0 0 5 4 0 4 织物折皱回复规律与建模 石风俊,郑德均 ( 中原工学院,河南郑州4 5 0 0 0 7 ) 摘要根据纺织材料黏弹性理论,研究织物的折皱回复变化规律。在织物摩擦约束力偶与其弯曲曲率成正比的 假设条件下,把织物看成是具有内摩擦约束的固体黏弹性材料,利用标准线性固体和滑块并联组成的模型,对织物 的折皱
2、回复行为进行分析,把织物的加压弯曲、释压回复等行为过程用同一模型联系起来,在此基础上推导出织物 折皱回复角的回复规律方程。并以毛织物和毛涤混纺织物为实验材料进行验证,经实际测试证明,该模型能较好 地反映织物折皱回复角的回复规律。 关键词织物;折皱回复角;线性黏弹性;回复规律 中图分类号:T S1 0 1文献标识码:A M 0 d e l i n gt h er e g u l a rp a t t e r no fc r e a s er e c O V e r ya n g l eo ff a b r i c s S H IF e n 舀u n ,Z H E N GD e j u n ( 劢
3、o n g y u n n i 钾脂毋0 ,死c 危n o 如g y ,孔e ,样h o u ,胁n4 5 0 0 0 7 ,醌i n a ) A b s t r a c tB a s e do nV i s c o e l a s t i ct h e o r yo ft e x t i l em a t e r i a l ,t h ef a b r i cr e c o V e r yr e g u l a rp a t t e mw a si n v e s t i g a t e d U n d e rt h ep r e s u m m i o nt h a tt h ef 矗c
4、t i o n a lc o n s t r a i n tm o m e n tw a sp m p o r t i o n a lt ot h eb e n d i n gc u n ,a t u r eo ft h e f a b r i c ,t h ef 矗b r i cw a sc o n s i d e r e da sv i s c o e l a s t i cs h e e tw i t hi n t e m a lc o n s t r a i n t r I 、h et h e o I e t i c a lm o d e lw h i c h c o n s i s
5、t e do ft h et h r e e e l e m e n tm o d e li np a r a U e lw i t has l i d i n ge l e m e n tw a sa d o p t e dt os t u d y 也ew I i n k l e r e c o V e r yb e h a V i o ro ff a b r i c s T h ec o u r s eo fp r e s s i n g ,b e n d i n g ,r e l e a s i n ga n dr e c o v e r yw e r ea n a l y z e du
6、 s i n gt h e s a m em o d e l , t h e n , t h er e g u l a rp a t t e me q u a t i o no fw r i n k l er e c o V e r ya n g l ew a sd e d u c e d B e s i d e s ,w o o la n d w o o l p o l y e s t e rb l e n d e df a b c sw e r eu s e d a s e x p e r i m e n t a ls a m p l e sa n dt h ec o m p a r i
7、s o no ft h ee x p e I _ i m e n t a I r e s u l t sa n di h e o r e t i c a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ea g r e e m e n tb e t w e e nt h e mw a ss a t i s f a c t o r y K e yw o r d sf a b r i c ;c r e a s er e c o v e r ya n d e ;l i n e a rv i s c o e l a s t i c i t y ;r e c o V
8、e r yr e g u l a rp a n e m 有关织物折皱性能的理论研究,国外学者已做 了较多的研究工作,但国内学者对此研究相对较少。 由于绝大多数纺织材料属于高分子材料,其变形行 为遵循高分子材料的黏弹性质,所以基于织物的黏 弹性本质可对织物的折皱性能及相关力学行为进行 分析与研究。这对深人认识织物折皱形成及回复规 律,并用于指导实际生产及相关测定标准制定与实 行具有重要的意义。然而织物的折皱性能和褶裥保 持性与纤维的弯曲性能、纱线和织物的结构以及后 整理等因素有关1 ,它们之间的关系较复杂,所以本 文基于黏弹性理论,通过合理的理论假设,采用简单 的流变模型研究织物的折皱回复规律并
9、进行实验 验证。 1理论 基于弹簧和黏壶组成的各种力学模型简单、直 观、易于理锯,以此建立的微分型黏弹性本构方程物 理意义明确,形式也不复杂,故被广泛应用在黏弹性 解析分析中。K e l v i n 模型可以表示固体的蠕变,但 不能表示固体的瞬时弹性,也不能表示松弛,还不是 完全意义上的黏弹性固体。M a x w e l l 模型本质上更 接近于流体。为了表达纺织材料的黏弹性固体特 征,最简单的方法是三元件固体模型幢。本文采用 该模型表达织物的黏弹性。 在早期文献中,曾假定织物的摩擦约束力偶M , 收稿日期:2 0 0 6 一0 6 1 9 修回日期:2 0 0 6 一l O 0 8 作者简介
10、:石风俊( 1 9 6 2 一) ,男,教授,博士。主要从事纺织材料方面的研究。E m a i l :f e n 舀u n s h i 3 7 1 n e t 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第l 期石风俊等:织物折皱回复规律与建模 5 5 为一恒定值。事实上,织物的摩擦约束力偶是随弯 曲曲率而变化的。在此,假定织物的摩擦约束力偶 与其弯曲曲率成正比,如图1 所示。摩擦约束力偶 与纤维的黏弹性相互作用,决定织物最终可以达到 的回复程度。 JL
11、,( c Nc mc m 一) 一七+ 卜刀。 L 彳N 厄 七4 图1理想的摩擦弯矩与曲率的关系 F 噜1S u p p o s e dr e l a t i o n s h i pb e m e e nf r i c t i o n a l m o f n e l n fa n dc u r r a f e 图2 为理想的织物折皱示意图。把织物沿经向 或纬向折叠并用一垂直于织物表面的压力压在一 起,当心O 时,弯曲处的曲率南( O ) = 矗。如果不考 虑织物的组织结构,可以把弹性较好的毛织物看成 是具有内摩擦约束的黏弹性条,其流变模型由1 个 标准线性固体模型和1 个摩擦元件并联组成b
12、1 ,如 图3 所示。 图2 理想的织物折皱示意图 F i g 2S u p p o s e dc r e a s i n gd e f o r m a t i o no f 鼬r i c s 于是 图3 织物流变模型 F i g 3R h e o l o 乎c a lm o d e l ”f a b f i c s 肘( | | ) = M 。( 矗) + | | I ,I 矗I 肘,( 1 ) 式中:M ( 后) 是单位宽度的弯矩,c N c m c m ;矗是织 物的曲率,c m ;M ,是摩擦约束力偶,c N c m c m ;系 数| I I 矗I 是曲率变化的符号,表示织物曲率的任
13、何 变化都受到摩擦约束力偶M ,的阻碍。 由图3 中模型各元件的排列关系易得: 后= 矗,+ 而2 ( 2 ) 肜= E 。| | 。+ 卢七 ( 3 ) E I 后。= E 2 南2 + 叩矗2 ( 4 ) 式中:矗、无:分别为图3 中弹性模量为E ,、E :的弹 簧元件在弯曲过程中的弯曲曲率值,肼为整个模型 总弯矩值;而这里的弘相当于模型滑块元件的摩擦 力矩系数。由式( 3 ) 、( 4 ) 得M 一肚:E :忌:+ 叩矗:,对 其两边求导,解得 一一 j l := ( 1 :;f 一卢矗一E :矗:) ,印 ( 5 ) 由式( 2 ) 、( 3 ) 求导后联立解得: 矗:= 五一( l
14、;r 一面) E 。 ( 6 ) 矗:( 庇一面) E + 矗: ( 7 ) 对式( 7 ) 两边求导得五= ( 衍一威) E ,+ 磊:,再 将式( 5 ) 、( 6 ) 代入并化简可得 ( + 跏+ ( 学+ 筹卜 击厨+ 南卜 式( 8 ) 为织物弯矩与曲率关系的模型本构方程。 加压一段时间叫,压力去除后,此时M = E 矗。一 础。,可按照上述推导过程得卸载回复模型本构 方程: ( ,一筹卜( 等一筹k = 、击廊+ 南冲 当( 0 ,叫) ,相当于施加一恒定弯矩于织物 M 。,则尬= 府= 0 ,式( 8 ) 简化为 ( ,+ 筹) 五+ ( 竿_ + 筹) j ;= 。, 由初始条
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- 织物 折皱 回复 规律 建模
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