CC BY
91
У роботi представлен результати до^д-жень динамiчних в'язкопружних властиво-стей матерiалiв методом поздовжтх резо-нансних коливань. Запропоновано пряме, безпосередне визначення кута механчних втрат за спрощеним алгоритмом техшчно-го видтворення, що не потребуе вимiрюван-ня амплтуди коливань. Визначено модуль пружностi матерiалу методом поздовжтх резонансних коливань
Ключовi слова: в'язкопружш властивостi, модуль пружностi, декремент загасання,
кут мехашчних втрат
□-□
В работе представлены результаты исследований динамических вязкоупругих свойств материалов методом продольных резонансных колебаний. Предложено прямое, непосредственное определение угла механических потерь по упрощенному алгоритму технического воспроизведения, не требующего измерения амплитуды колебаний. Определен модуль упругости материала методом продольных резонансных колебаний Ключевые слова: вязкоупругие свойства, модуль упругости, декремент затухання, угол механических потерь
УДК 667.017.56
|DOI: 10.15587/1729-4061.2014.31202|
досл1дження динам1чних
в'язкопружних
властивостей текстильних матер1ал1в методом поздовжн1х резонансних коливань
С. А. Дем1шонкова
Старший викладач Кафедра електромехашчних систем КиТвський нацюнальний уыверситет технолопй та дизайну вул. Немiровича-Данченка, 2, м. КиТв, УкраТна, 01011 E-mail: [email protected]
1. Вступ
Сучасш тенденцп розвитку промисловосп характеризуются розширенням асортименту продукцп у вщповщност до швидкоплинност зростання потреб споживачiв, тдвищення вимог до точностi та досто-вiрностi методiв оцiнювання фiзико-механiчних характеристик широкого кола текстильних, плiвкових та шюряних матерiалiв для забезпечення 1х конкурен-тоспроможностi на свгтовому ринку. Це обумовлено необхiднiстю вдосконалення кнуючих та створення нових методiв оцiнювання властивостей матерiалiв легко! промисловост як пiд час технологiчного проце-су 1х виробництва, так i в процесi експлуатацii.
Справа в тому, що iснуючi методи випробувань в бшьшоси випадкiв спрямованi на спрощення одно-критерiальноi задачi ощнювання якiсних показникiв, що обмежуе можлившть застосування для комплексно! ощнки. Для отримання достовiрних багатокри-терiальних оцiнок необхiдно мати таю методи, яю б дозволили отримати комплексш характеристики фь зико-механiчних властивостей матерiалiв в широкому температурно-часовому дiапазонi.
2. Аналiз лiтературних даних та постановка проблеми
При вивченш пружних i спадкових властивостей текстильних матерiалiв та полiмерних плiвок,
разом iз загальноприйнятими вимогами [1, 2], вини-кають додатковi умови, що накладаються на методи випробувань [3-5].
Випробувальне устаткування, яке використо-вуеться для жорстких полiмерних матерiалiв [6], виявляеться непридатним для дослщження тонких текстильних та плiвкових матерiалiв зважаючи на велику iнерцiйнiсть системи деформацп.
Затискнi пристро! iснуючих експериментальних машин не забезпечують надiйного крiплення тонких текстильних матерiалiв та плiвок (0,003^0,4)-10-3 м без порушення цiлiсностi поверхневого шару. Не-значна товщина зазначених матерiалiв не дозволяе встановлювати безпосередньо на зразках пристро! для вимiрювання подовжнiх i поперечних деформа-цш, а тому деформацiю зразка необхщно вимiрювати за перемiщенням активного затискача випробуваль-ного пристрою або за змшою вiдстанi мiж реперни-ми| точками, нанесеними на поверхню зразка.
Описаш системи навантаження i реестрацп де-формацiй, [6, 7] стосовно тонких текстильних ма-терiалiв та полiмерних плiвок мають ряд штотних недолiкiв, що обмежують використання в якостi прототипiв випробувальних установок, призначе-них для дослiдження динамiчних властивостей, повзучостi i релаксацii напруги текстильних мате-рiалiв та полiмерних плiвок.
Найбiльш важливими характеристиками, що ви-значають експлуатацiйнi властивостi текстильних
g
матерiалiв та полiмерних плiвок, е пружш констан-ти. В роботах [8-10] визначеш деякi фiзико-механiч-нi властивост текстильних та трикотажних матерь алiв, але не запропоновано методiв !х визначення в умовах виробництва готового одягу та взуття.
Визначення пружних констант текстильних ма-терiалiв та полiмерних плiвок простiше i точш-ше проводити динамiчними методами [7, 11, 12]. Зважаючи на специфiчнi особливостi, а саме малi товщини i жорсткостi текстильних матерiалiв та полiмерних плiвок, важко, а iнодi практично не-можливо, визначити пружш постшш iз статичних випробувань. 1снуе чiтка кореляцiя мiж хiмiчною будовою, структурною, молекулярною рухливiстю полiмерiв i такими характеристиками динамiчних випробувань як компоненти комплексних модулiв пружностi, швидюсть звуку i коефiцiент загасання. Динамiчнi методи дозволяють швидко i точно вимь рювати динамiчний модуль пружност i механiчнi втрати. Особливiстю динамiчних неруйнiвних випробувань е те, що !х використання не приводить до змши структури матерiалiв i руйнування дослщжу-ваних зразкiв. У цьому сени динамiчнi неруйнiвнi методи не можуть бути замшеш найнадшшшими статичними методами.
Для динамiчних дослiджень рекомендуються зразки малого розмiру, вимiрювання проводять з використанням коливань мало! амплiтуди. Дина-мiчнi параметри дають вiдомостi про структуру i властивостi, якими дшсно володiе матерiал, i якi майже не змшюються в процесi вимiрювань. При цьому на одному i тому ж зразку можна провести вимiрювання швидко i точно в широкому iнтервалi температур, не руйнуючи його [6, 13, 14].
Найб^ьшою роздiльною здатнiстю характери-зуються динамiчнi методи, в яких використову-ються коливання частотою 0,2...2000 Гц. Правиль-ний вибiр дiапазону частот може мати виршальне значення для усшшного вирiшення конкретного дослiдницького завдання [1, 6, 15]. Серед рiзних динамiчних методiв дослiджень найбiльшого по-ширення набули резонансш методи, особливо метод резонансних вимушених коливань консоль-но закршленого стрижня. Застосування методу згинних резонансних коливань для тонких тек-стильних матерiалiв та полiмерних плiвок, волокон [¿о= (1...10).10-2] мм, обмежене зважаючи на мале значення згинно! жорсткост останнiх, що приму-шуе для усунення тертя зразюв об повиря проводити випробування у вакуумь Внаслiдок цього, а також геометричного чинника, шдвищуються похибка i трудомiсткiсть випробувань, особливо у виробничих умовах.
Слiд зазначити, що цей напрям у вичизнянш лiтературi за винятком деяких роби [6, 13] практично не висвилено, в той час як б^ьше 80 % вих динамiчних механiчних вимiрювань полiмерних текстильних матерiалiв, та плiвок виконано на при-ладах такого типу [16, 17].
В'язкопружш властивостi текстильних ма-терiалiв можливо оцiнювати цiлим комплексом ме-ханiчних показникiв або використовувати для цих щлей унiверсальнi показники - модуль пружност
Е(t) i тангенс кута механiчних втрат tg 5, на основi яких визначати iншi функцii [18, 19]. Використання динамiчних методiв випробувань у област лiнiйноi в'язко! пружностi дае можлившть додатково отри-мувати цiнну шформащю без руйнування проб [13, 20]: величину сил тертя, коеф^енти жорсткосш, максимальний i мiнiмальний напрямки усадки ма-терiалiв та ступiнь сшвпадання осей пружно! симе-трii з геометричними осями матерiалу.
При проведенш дослiджень, важливими характеристиками, що визначають формостшюсть деталей одягу, е пружш деформацп за змшою яких можна судити про макроструктуру дослщжуваного матерiалу.
Якщо детальне висвилення динамiчних методiв випробувань у роботах [6, 11, 13, 20] пов'язаш з вив-ченням в'язкопружних характеристик, а саме, орто-тропних жорстких матерiалiв (пластмас, плiвок ме-талiв, волокнистих композиив) в дiапазонi частот 10^6103 Гц i iнтервалi температур -60^+200 оС, то на вщмшу вiд них матерiали для одягу мають б^ьш широкий спектр ашзотропних властивостей, якi зазнають суттевих змш у процесi дублювання [12].
3. Цшь та задачi дослщжень
Мета дослщження полягала в удосконаленнi ощ-нювання фiзико-механiчних властивостей матерiалiв легко! промисловост!
Для досягнення поставлено! мети виршувались наступнi задачi:
- розробка методу i випробувально! установки для комплексного
дослщження фiзико-механiчних властивостей текстильних i взуттевих матерiалiв та полiмерних плiвок;
- дослiдження пружно-спадковi властивоси текстильних матерiалiв та
- полiмерних плiвок в широкому температурно-ча-совому дiапазонi.
4. Матерiали та методи дослщжень в'язкопружних властивостей текстильних матерiалiв
Дослiдження проводились на установщ (рис. 1, а, б), яка призначена для дослщження динамiчних властивостей текстильних матерiалiв методом поз-довжних резонансних коливань шляхом визначення комплексного модуля пружност Е i декременту загасання ё в дiапазонi температур -20^200 оС.
Дослiдна установка (рис. 1, а, б) являе собою модершзовану установку, приведену в робой [7]
i складаеться з мехашчно! частини, коливально! системи, системи збудження i реестрацii коливань, термокрюкамери, багато каскадно! автоматично! системи стеження та пропорцшного регулювання, що забезпечуе шдтримку в термокрiокамерi задано! температури та !! змiнення за заданою програмою. Основш технiчнi данi дослщно! установки наведенi в табл. 1.
Механiчна частина установки складаеться зi зварного корпусу 1 i опорно! плити 2, на якш вста-
■Г
новлена мехашчна частина установки з коливаль-ною системою i термокрiокамерою. Опорна плита 2 шдвшена на чотирьох струнах 3 до стшок 4. Струни 3 забезпечеш регулювальними пристосуваннями 5, яю забезпечують плавну змшу довжини струн, i, як результат, - змшу просторового положення опорно! плити 2. Таке кршлення виключае випк енергп коливань дослщжувано! системи та впливу на не! паразитних резонанив. Основою вiбрацiйноi частини установки е плита 6, з регулювальними гвинтами 7, на якш кршляться двi напрямнi колони 8, як з'еднанi з верхньою нерухомою траверсою 9. До траверси кршиться верхнш захоплювач 10, який мае можлившть перемiщуватись по центруючiй втулщ 11, що мае можливiсть змшювати робочу довжину зразка. Устрiй захоплювачiв i термокамера були нами модершзоваш стосовно розмiрiв проб тканин. Мiж плитою 6 i верхньою траверсою 9 по напрямних колонах 8 перемщуеться рухома траверса 12, на якш кршиться система збудження i реестрацп повздов-жнiх коливань.
Таблиця 1
Основы техтчт данi дослщно'| установки для визначення в'язкопружних властивостей текстильних та шюряних матерiалiв методом поздовжтх резонансних коливань
Техшчна характеристика Техшчш даш
Вид коливань по типу деформування проби поздовжнi
Дiапазон частот синусощальних коливань, Гц 0,1-2000
Допустимi вiдхилення реестрацп моменту резонансу, с 10-5
Вщстань мiж захватами, мм 10-200 10-200
Найбшьша товщина проб, мм 2
Ширина проб, мм 1-30
Номшальш значення маси змшних вантажiв, кг 0,005-0,25
Робочий дiапазон температур, оС -20^200
Щна подiлки шкали температур, оС 1,0
Допустиме вщхилення вiд задано! температур, оС 0,5
Допустиме вiдхилення вимiрювання перiоду коливань, % 0,25
Габаритш розмiри установки, мм 1150x600x1350
Маса установки, кг 70
Рис. 1. Дослщна установка та метод визначення в'язкопружних властивостей матерiалiв методом поздовжтх резонансних коливань: а — загальний вигляд; б — структурна схема
установки
У режимi ручного управлшня частотою генератора система збудження поздовжшх коливань проби складаеться з котушки збу-дження 15 i генератора низьких частот 16. Котушка збудження 15 встановлена в ниж-нш частиш спецiального екрану-тримача 17, який закршлений на рухомш траверсi 12. Екран-тримач 17 мае можливкть перемiщу-ватись в двох взаемно перпендикулярних напрямках в горизонтальнш площинi, що дозволяе робити центрування проби 13 вщ-носно вкп котушки збудження 15.
Система реестрацп коливань проби 13 складаеться з рееструючо! котушки 18, ши-рокосмугового тдсилювача 19, осцилогра-фа 20, електронно-рахункового частотомiра 21, мiкропроцесорного комплексу управлшня (МКУ) 25.
Для проведения випробувань у широкому д1апазош температур (-20-К200 °С) установка забезпечена термокрюкамерою 22 з1 змшними нагр1вальними безшдуктивними елементами 23. В якост1 датчиюв темпера-тури використовуються три термопари 24, встановлеш в безпосередшй близькост1 вщ проби. Використання багато каскадно! системи шдтримки задано! температури дозволило створити р1вном1рне по висот1 камери температурне поле без перемшування по-виря тепловентилятором, що в свою черту виключило в1бращйш \ магштш перешкоди, що створювались повиряним потоком \ дви-гуном тепловентилятора.
Максимальна похибка визначення ди-нам1чного модуля пружност1 Е\ декременту загасання 3 не перевищуе вiдповiдно ±1,5 % i ±2,5 %.
Розрахунковi вирази, якi лягли в основу методики дослщжень, отримаш з урахуван-ням коливань системи з одним ступенем свободи, тобто поздовжшх коливань стриж-
а
ня, якии жорстко закршлении одним кшцем з ванта-жем на другому кшщ. При цьому збудження стрижня здшснюеться зовшшньою гармоншною силою.
З урахуванням цього модуль пружност! Е рекомен-дуеться визначати, використовуючи вираз
Е = 4 п2(М + т/3)1/?Т2
Е = 4п2М1 /?Т2
В робот! умовно миттевиИ модуль пружност! Е0 було визначено за допомогою динам!чних метод!в. Визначено модуль пружност! матер1алу методом поз-довжшх резонансних коливань
(1)
э2и dt2 :
Е ди
р dx2
(5)
де М - маса вантажу, кг; т - маса стрижня, кг; 1 - робоча довжина стрижня, м;? - площа поперечного перер1зу проби, м2; Тр - перюд резонансних коливань, с.
У випадку дослщження текстильних матер1ал1в масою стрижня в пор!внянш з масою вантажу, можна знехтувати. Тод1 р1вняння (1) можна представити у виглядк
(2)
де Е - умовно-миттевиИ модуль пружност! матер1алу МПа; р - густина матер1алу кг/м3. Змщення и залежить як вщ часу, так 1 вщ положення поздовжнього перетину стрижня, вщ координати х. Враховуючи динамжу екс-перименту U=o'cos(wt), (де а - напруження матер1алу), отримуемо диференщальне р1вняння
Е
о + ю2о = 0,
р
(6)
Декремент загасання 5 визначався за шириною резонансно! западини амплиуди збурювально! сили при постшнш ампл1туд1 проби. Суть методу полягае в тому, що при виникненш явища резонансу, визнача-еться амплиуда коливань проби збурювальною силою. Пот1м зб1льшують збурювальну силу в N раз, що при-
зводить до зростання амплиуди коливань 12
^ (3)
*р
N = « 12 ,
5= п(Т1 - Т2)Тр
Розв'язавши р1вняння, у вщповщност з почат-ковими умовами, та виразивши модуль пружност!, отримаемо
Ео =
4п2т^ FT2 ;
(7)
де - ^ 1 1р вщповщно струми у котушщ збудження 15 при резонанс! ! при збшьшент збурювально! сили у N раз.
При зм1ш частоти збурювально! сили, вище ! нижче вщ резонансно! частоти, домагаються зменшення ве-личини амплиуди коливань до заданого значення, що вщповщае резонанснш амплиуд! Щ значення частот ! визначають ширину резонансно! западини. Величина логарифм1чного декременту загасання ё визначаеться за формулою:
де т - маса стрижня, кг; L - довжина зразка матер1алу, м; F - площа поперечного перетину зразка, м2; Т - перюд резонансних коливань, с. Також встановлено значення тангенсу кута мехатчних втрат з сшввщношення
tg8 = —, п
(8)
де 5 - декремент загасання коливань.
Похибка при визначенш модуля пружност! визначаеться, як похибка опосередкованих вим1рювань
8Со = ^^АмЧМАРЗРЧМ1!^,
(9)
(4)
де Тр - перюд резонансних коливань, с; Т1 - перюд коливань при заданш температур! нижче резонансу, с; Т2 - перюд коливань при заданш температур! вище резонансу, N - коефщ!ент зб1льшення збурювально! сили.
Основним шформативним параметром динам1чних метод1в е динам1чниИ модуль пружност! матер1алу Е*=Е1+ЬЕ2. ЗазвичаИ вважають, що дшсна частина динам1чного модуля пружност! сшвпадае фазою з деформащею та характеризуе енерпю, що накопичена матер1алом у результат! деформування. Уявна частина модуля пружност! - модуль втрат. Модуль втрат вщображае розаяння енергп та не сшвпадае по фаз! з деформащею.
У дослщженнях зручно оперувати величиною
Е
tg8 = —2 - тангенс кута мехашчних втрат. Часто, коли Е1
за умов tg5=a (де а - кут зсуву фаз), у визначенш ди-нам1чних властивостеИ матер1алу оперують дшсною частиною комплексного динам1чного модуля Е1 та tgS~a.
де ДМ, Д1, Д? - вщповщно похибки при визначенш М -маси вантажу, довжини 1, та плошд поперечного перетину зразка F вщповщно.
Декремент загасання визначено методом резонанс-них пшв. Змшюючи частоту збуджуючо! сили, тобто змщуючись за шкалою частот вище та нижче вщ резонансно! частоти, досягали зменшення амплггуди коливань до Вя/^2, де Вя амплиуда резонансу. Вщповщш значення частот визначають ширину резонансно! зони. За шириною резонансного тка знаходили декремент згасання
8 = (Т2 -Т[)ТрП/(Т1Т2),
(10)
де Т1 та Т2 - перюди коливань, вщповщно вище та нижче резонансно! частоти коливань, с.
Похибка декременту згасань визначаеться як
(Т -Т2 )2 АТр2 Тр2 'ат12 ат22 "
Т12Т22 (п2 -1) ' п2 -1 1 Т4 + Т4 )
(11)
де ДТр - похибка при визначенш перюду резонансних коливань, ДТ1 та ДТ2 - похибка при визначенш Т1 та Т2 вщповщно, с.
Визначення акустичних параметр1в матер1алу з р1внянь (9) та (11) призводить до значних похибок за рахунок складност1 визначення амплиуди коливань зразка та додатково! похибки опосередкованих вим1р1в. Нами запропоновано пряме, безпосередне визначення кута мехашчних втрат за спрощеним алгоритмом техшчного вщтворення, що не потребуе вим1рювання амплиуди коливань.
Гармошчний сигнал можна представити у комплексному виглядк
U1 = Aejmt,
де А - ампттуда коливань, м; ю - цикл1чна частота, рад; ro=2nf, де f - частота гармошчних коливань с-1; t - час, с. Враховуючи фазовий зсув м1ж гармотчними сигналами, розглянемо випадок коли U2 розповсюджуеться вщносно U1 з упередженням по фаз! Запишемо другий сигнал у комплексному вигляд1
U2 = Bej(mt+W,
де В - амплиуда коливань, ф - фазовий зсув другого сигналу U2 вщносно сигналу U1.
Введемо позначення фази коливань гармошчного сигналу U1, як T1=rot. Тод1 фаза сигналу U2 визначить-ся з р1вняння
T2 = T1+ф, (12)
Використовуючи формулу Ейлера, запишемо р1в-няння (12) у вигляд1
cos T2 + j sin T2 = cos(T1 + ф) + jsin(T1+ф), (13)
Використовуючи тригонометричш перетворення, отримуемо з р1вняння (13)
cos T2 + j sin T2 = cos T1cos ф-
- sin T1 sin ф + j(sin T1cos ф + sin ф cos T1), (14 )
Розглянемо окремий випадок, коли T1=n, перепи-шемо вираз (14) у виглядк
cosT2 + jsinT2 = - cos ф-jsin<|>, (15)
вщшдемо вщ тригонометрично! форми запису комплек-сних чисел (15), запишемо аргумент комплексно! змшно!
cosT2 + jsinT2 = - cos ф + jsi^. (19) Звщки
-tgT2 = tgф, (20)
-arctg(tgT2) +nn = ф, (21)
при 9^n/2(2n+1),T2^n/2(2k+1); n, keZ (22)
З наведених р1внянь видно, що запропонований метод е зручним у випадку техшчного вт1лення, адже потребуе визначення единого параметру - часу. Як вщомо, техшчно час визначити можна з б1льш високою точшстю, шж амплггуду сигналу. Запропонований метод не потребуе складних математичних обчислень, не потребуе перетворень електричного сигналу при техшчному вт1ленш, що призводить до зменшення похибки вим1рювань.
Запропонований метод особливо зручний у вико-ристанш при визначенш фазових кут1в для коливань низько! частоти, та кут1в фазового зсуву у д1апазош (-п/2; п/2) для гармошчних коливань.
У д1апазош кут1в фазового зсуву (-п/2; п/2) з ура-хуванням умови (22), при т=0, можна записати вирази (17) та (21) у вигляд1 вщповщно
arctg(tgT2) = ф, (23)
якщо U2 розповсюджуеться вщносно U1 з упередженням по фаз1, та
-arctg(tgT2) = ф, (24)
коли U2 розповсюджуеться вщносно U1 з вщставанням за фазою. Отже, з вираз1в (23) та (24) бачимо, що фазовий зсув |ф| е абсолютним значенням кута вщносного фазового зсуву двох гармошчних коливань. Знак фазового зсуву ф, якщо ф<0 на пром1жку ф £ (-п/2; п/2), вказуе на вщставання U2 вщносно U1 за фазою. Якщо ф>0, сигнал U2 випереджае U1 з фазовим зсувом |ф|.
Техшчно вим1рювання часу розповсюдження коливань пропонуеться вести з допомогою послщов-ност1 кал1брованих 1мпульс1в наперед задано! три-валост та шпаруватост [13]. Таким чином похибка вим1рювань часу е наперед заданою та може регулю-ватись в залежност в1д економ1чно обгрунтовано! похибки вим1р1в.
tgT2 = tgф, (16) -
5. Результати дослщжень в'язкопружних властивостей arctg(tgT2) + nn = ф, (17) текстильних матерiалiв
при ф^п/2(2n+1),T2^п/2(2k+1); n, keZ;
Розглядаючи випадок коли U2 розповсюджуеться вщносно U1 з вщставанням за фазою, вираз (12) запишемо у вигляд1
T2 = T1 -ф. (18)
Використовуючи формулу Ейлера та вщповщш тригонометричш перетворення, для окремого випадку, коли T1=n, отримуемо
На рис. 2 приведен залежност дшсно'! складово'! функцii комплексного модуля (надалi динамiчного модуля пружностi) Е1(ю) тканини артикулу 3683 (вов-на 96, еластан 4) (крива 1) i тканини артикулу 15034 (вовна 88, еластан 12) (крива 2) вщ циклiчноi частоти навантаження з постшною амплгтудою деформацii, рiвноi Ь0=510-5 м.
З рис. 2 видно, що в дiапазонi частот 100...115 Гц спостертеться незначне збшьшення динамiчного модуля пружносп Е^ю) з 9,68 МПа до 12,63 МПа,
для тканини артикулу 3683 (вовна 96, еластан 4), з 42,78 МПа до 53,56 МПа для тканини артикулу 15034 (вовна 88, еластан 12) i з 38,75 МПа до 42,54 МПа для тканини артикулу 15634 (вовна 88, полiестер 12). Така незначна змша динамiчного модуля пружносп характерна для склоподiбного стану дослвджених тканин при малих термшах випробування, що погоджу-еться з даними, отриманими зi статичних випробувань на повзучкть i релаксащю напружень.
Н &
i
60 50 40 30 20 10
__ 1
а ^ -О- 2
1 □■ —1 -е—— i--а——i 3
СГ
20
40
60
80
100
120
Частота збудження, Гц
Рис. 2. Залежжсть динамiчного модуля пружносп Е-| (f) тканин артикулу 15034 (вовна 88, еластан 12) (крива 1),
артикулу 15634 (вовна 88, полiестер 12) (крива 2) I артикулу 3683 (вовна 96, еластан 4) (крива 3) вщ частоти навантаження при температурi Т=20 °С
турах 20 °С (крива 1), 40 °С (крива 2), 60 °С (крива 3) i 80 °С (крива 4).
6. Обговорення результаив дослщжень в'язкопружних властивостей текстильних матерiалiв
Таким чином проведет дослщження показали, що при в«х температурах характер змiни динамiчного модуля пружносп Е1(ш) аналогiчний. При невеликих напруженнях спостертеться практично постiйне зна-чення динамiчного модуля пружностi Е1( ш ) на рiвнях, обмежених нижшми довiрчими iнтервалами для 95 % довiрчоi iмовiрностi, рiвних 9,65 МПа для температури Т=2 0°С, 8,5 МПа для температури Т=40 °С, 7,2 МПа при температурi Т=60 °С и 5,7 МПа при температурi Т=80 °С.
Зi збiльшенням статичного напруження приблиз-но до 0,20 МПа при температурi Т=80 °С, до 0,18 МПа при температурi Т=60 °С, до 0,17 МПа при температурi Т=40 °С и до 0,16 МПа при температурi Т=20 °С, спо-стерiгаеться практично лшшне зменшення динамiч-ного модуля пружносп, причому величина зниження динамiчного модуля пружносп зменшуеться з ростом температури. Надалi при всiх температурах з ростом напруження спостертеться наближення динамiчного модуля пружностi Е1(ш) до постшного значення, причому цi значення при температурi Т=80 °С (2,22 МПа) i температурi Т=20 °С (1,78 МПа ) вiдрiзняються не бшьше нiж на 23,6 %.
10
íK
=
Ч
41
к--- b
¡-¡ i
7. Висновки
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 Напруження, МПа
Рис. 3. Залежжсть динамiчного модуля пружносп Е-|(ш) тканини артикулу 3683 (вовна 96, еластан 4) вщ рiвня постшного напруження, при температурах Т=20 °С (крива 1), Т=40 °С (крива 2), Т=60 °С (крива 3), Т=80 °С (крива 4)
Рис. 3 ^юструе вплив статичного напруження на динамiчний модуль пружностi Е1(ю) тканини артикулу 3683 (вовна 96, еластан 4), визначений при темпера-
В данш роботi розроблено метод i ви-пробувальну установку для комплексного дослiдження фiзико-механiчних властивостей текстильних i взуттевих матерiалiв та полiмерних плiвок.
Було дослвджено пружно-спадковi вла-стивостi текстильних матерiалiв та полiмер-них плiвок в широкому температурно-часо-вому дiапазонi.
Встановлено, що область лiнiйностi в'яз-копружних властивостей тканин при тем-пературi Т=20 °С в умовах релаксацп напружень у середньому бшьш нiж на 25-50 % ширше областi лiнiйноi в'язкопружностi при повзучосп, а по мiрi збшьшення температури розмiри областей стають практично рiвними.
Дослiдження динамiчного модуля пружносп показало, що в дiапазонi частот 100-135 Гц спостертеться практично по-стiйне значення модуля для в«х дослщже-них матерiалiв.
Отже розроблений метод i установка дозволили провести ощнювання фiзико-механiчних властивостей ряду тканин для пошиття верхнього одя-гу з прогнозованими експлуатацшними показниками.
Лiтература
1. ГОСТ 20812-84. Пластмассы. Определение динамического модуля сдвига и тангенса угла механических потерь методом свободных крутильных колебаний [Текст] / Введ. 1992-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1992. - 27 с.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
i
ГОСТ 19873-84. Пластмассы. Резонансный метод определения динамических модулей упругости и коэффициентов потерь при колебаниях консольно закрепленного образца [Текст] / Введ. 1994-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1992. - 32 с. Mogahzy, Y. E. Engineering textiles, Integrating the design and manufacture of textile products [Text] / Y. E. Mogahzy. - The Textile Institute, Woodhead Publishing Limited, Cambridge England, 2009. - 538 p.
Frontczak-Wasiak, I. Measuring Method of Multidirectional Force Distribution in a Woven Fabric [Text] / I. Frontczak-Wasiak, M. Snycerski, Z. Stempien, H. Suszek // Fibres & Textiles in Eastern Europe. - 2004. - Vol. 12, Issue 2 (46). - P. 48-51. Darja, R. Alenka Auxetic Textiles [Text] / R. Darja, R. Tatjana, P.-U. Alenka // Acta Chim. Slov. - 2013. - Vol. 60. - P. 715-723. Малкин, А. Я. Методы измерения механических свойств полимеров [Текст] / А. Я. Малкин, А. А. Аскадский, В. В. Коврига. - М.: Химия, 1978. - 336 с.
Кострицкий, В. В. Методика и испытательная установка для исследования динамических свойств полимерных материалов [Текст] / В. В. Кострицкий // Заводская лаборатория. - 1990. - Т. 56, № 5. - С. 98-102.
Shi, Y. Realistic Rendering of Knitwear [Text] / Y. Shi, Y. Jiang // Journal of Information and Computing Science. - 2007. -Vol. 2, Issue 2. - P. 153-160.
De Carvalho, L. H. Comparison of the mechanical behavior of plain weave and plain weft knit jute fabric-polyester-reinforced composites Polymer [Text] / L. H. De Carvalho, J. M. F. Cavalcante, J. R. M. d'Almeida // Polymer-Plastics Technology and Engineering. - 2006. - Vol. 45, Issue 7. - P. 791-797. doi: 10.1080/03602550600611933
Kononova, O. Modelling and Experimental Verification of Mechanical Properties of Cotton Knitted Fabric Composites [Text] / O. Kononova, A. Kras ikovs, K. Dzelz tis, G. Kharkova, A. Vagel, M. Eiduks // Estonian Journal of Engineering. - 2011. - Vol. 17, Issue 1. - P. 39-50. doi: 10.3176/eng.2011.1.05
Кокошвили, С. M. Методы динамических испытаний жёстких полимерных материалов [Текст] / С. М. Кокошвили. - Рига: Зинатне, 1978. - 182 с.
Луцык, Р. В. Взаимосвязь деформационно-релаксационных и тепломассообменных процессов [Текст] / Р. В. Луцык, Ю. Л. Ментковский, В. П. Холод. - К.: Вища школа, 1992. - 183 с.
Перепечко, И. И. Акустические методы исследования полимеров [Текст] / И. И. Перепечко. - М.: Химия, 1973. - 296 с. Ферри, Дж. Вязкоупругие свойства полимеров [Текст] / Дж. Ферри. - М.: 1963. - 536 с.
Пристрш для вим1ру властивостей матер1ашв, що демпф1рують, при вшьних коливаннях. Пат. 2002042904 Укра'ша: МПК(2003) G01H1/10, [Текст] / Демшонкова С. А., Пушнов Р. В., Кострицький В. В., Артеменко Л. Ф. - заявник i власник КНУТД. - №53238; заяв. 11.04.2002; надрук. 15.01.2003, Бюл. № 1.
Davis, V. M. A Forsed Torsional Oscillator for Dynamic Mechanical Measurements [Text] / V. M. Davis, C. W. Macosko // Polymer Engineering and Science. - 1977. - Vol. 17, Issue 1. - P. 32-37. doi: 10.1002/pen.760170106
Worth, R. A. The Dynamic Properties of Glassfiber-reinforced polypropylene subjected to pure bending [Text] / R. A. Worth // Polymer Engineering and Science. - 1986. - Vol. 26, Issue 19. - P. 1293-1296. doi: 10.1002/pen.760261902
Демшонкова, С. А. Методи ¡нтерпретацп в'язкопружних властивостей пол1мерних, шюряних та текстильних матер1ашв [Текст] / С. А. Демшонкова, В. В. Кострицький, Л. Ф. Артеменко, М. 6. Скиба // Вюник КНУТД. - 2008. - Т. 1, № 4. -С. 5-18.
Демшонкова, С. А. Прогнозування в'язкопружних властивостей текстильних матер1ашв [Текст] / С. А. Демшонкова, Л. Ф. Артеменко, В. В. Кострицький // Вюник КНУТД. - 2013. - № 3. - С. 7-12.
Кениг, Дж. Новейшие инструментальные методы исследования структуры полимеров [Текст] / Дж. Кениг. - М.: Мир, 1982. - 264 с.
