CC BY
8
УДК 677.017
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТОЙКОСТИ ТЕКСТИЛЬНЫХ НИТЕЙ К МНОГОЦИКЛОВО МУ
ИСТИРАНИЮ
Д.А. Иваненков
Проблема разработки экспресс-методов прогнозирования показателей, характеризующих усталостные свойства текстильных нитей при многократном истирании, и, как следствие, снижения временных затрат на проведение испытаний до настоящего времени остается неразрешенной и является актуальной и практически значимой научной задачей.
Для решения задачи экспресс-прогнозирования стойкости текстильных нитей к многоцикловому истиранию предложено использовать параметрический принцип прогнозирования качества сложных технических систем. Одним из параметров, изменяющимся в результате многоциклового испытания на истирание, является разрывная нагрузка нити[1]. Предположив, что разрушение нити происходит при достижении разрывной нагрузки некоторого критического значения, зависящего от физико-механических свойств нити и условий проведения испытаний, и рассматривая изменение разрывной нагрузки текстильной нити при испытании на многократное истирание как нестационарный процесс Пуассона накопления уровня повреждений, разработана математическая модель взаимосвязи разрывной нагрузки нитей и количества циклов истирания:
Р»=Ркс+(Рро- Ркр) • ехр Г-дс • п
(1)
где Рр(п) - текущее значение разрывной нагрузки после п циклов истирания, Н; Рр 0 - величина разрывной нагрузки нити, определённая до начала процесса многократного истирания, Н; Ркр - критическая разрывная нагрузка, при достижении которой в результате истирания нить разрушается, Н; Р - темповой параметр модели, обратно пропорциональный числу циклов нагружения пср, при котором текущее значение разрывной нагрузки нити численно равно среднему арифметическому значению параметров Рр0 и Ркр, 1/цикл; с - параметр
стационарности процесса накопления уровня повреждений.
Другим подходом теоретического описания процесса изменения разрывной нагрузки при многоцикловом испытании на истирание является применение основного физического принципа надёжности. Применительно для процесса многоциклового истирания математическая запись данного принципа в дифференциальной форме имеет следующий вид:
^Т = (ркр - рр(п)) аП , (2)
где О - параметр модели, отражающий темп изменения разрывной нагрузки; к -параметр модели, принимающий значение 1, 2, ... п.
На основе использования уравнения (2) была получена следующая математическая модель изменения разрывной нагрузки при испытании на многоцикловое истирание:
Рр(п) = Ркр + (Рро - Ркр) • ехр [-Р • п ] (3)
Физический смысл параметров математических моделей (1) и (3) аналогичен. Однако, трудоёмкость определения численных значений параметров разработанных моделей ограничивает их практическое использование. Для исключения данного недостатка разработана эмпирическая математическая модель взаимосвязи разрывной нагрузки и количества циклов истирания, параметры которой могут быть определены по результатам 100 циклов истирания:
n
pp(n) = b0 - ^Ть-
b + b2 ■ n
i
u nj 1
b1 = ^ * b2 =
(4)
b =P 1 P -Р 2 P -Р
u0 ^pO rp0 Гр1 гр0 гкр (5)
где В0, В1, В2 - параметры модели, численные значения которых определяются по результатам кратковременного эксперимента (не более 100 циклов истирания), Р
р1 - разрывная нагрузка нити, измеренная после n1 циклов нагружения (n1 <100), Н.
В результате экспериментальных исследований, проводимых с использованием приборов ТКИ-5-27 и ИПП при различных условиях испытаний установлено, что увеличение статической нагрузки, частоты нагружения при постоянном значении угла истирания приводит к уменьшению среднего значения стойкости к истиранию. Характер движения и вид абразива не изменяет общих закономерностей снижения разрывной нагрузки нити при многоцикловом испытании на истирание. Установлено, что разработанные математические модели (1), (3), (4) адекватны результатам эксперимента с доверительной вероятностью 0,95 для различных условий проведения испытаний текстильных нитей различного вида, структуры и сырьевого состава.
Установлено, что для всех исследуемых образцов текстильных нитей численные значения параметра «с» стремятся к 1. Данный факт указывает на стационарность рассматриваемого процесса накопления повреждений (изменения разрывной нагрузки) при многократном истирании.
Численное значение параметров Рр0 и В0 разработанных моделей для всех исследуемых образцов нитей не зависит от условий проведения многоциклового испытания на истирание, а определяется физико-механическими свойствами нитей.
Сравнительный анализ численных значений критической разрывной нагрузки Ркр и величины статической нагрузки Рст указал на их соизмеримость для всех исследуемых образцов нитей. Темповый параметр Q разработанных математических моделей (1) и (3) зависит не только от механических свойств и структуры исследуемых нитей, но и от величины статической нагрузки и частоты растяжения. Значение параметра Рр0 соизмеримо со значением разрывной нагрузки нити Pp.
В результате комплекса экспериментальных исследований разработаны эмпирические математические зависимости взаимосвязи условий проведения испытаний и параметров разработанных моделей, применение которых позволяет осуществить прогноз стойкости к истиранию нити при различных режимах проведения многоцикловых испытаний.
В среде «Maple» реализован алгоритм статистической имитационной модели процесса многоциклового испытания на истирание текстильных нитей, в качестве исходных параметров которого выступают количество испытуемых нитей k, вид и параметры закона распределения следующих параметров, численно определяемых по результатам 100 циклов истирания:
- Рр0, Ркр, Q и с , при использовании модели (1);
- Рр0, Рр1 и Ркр при использовании модели (4).
Сущность имитационного моделирования эксперимента заключается в том, что на каждом 1-том этапе, соответствующем одному циклу истирания, определяется разрывная нагрузка нити Рр(1) с использованием модели (1), (3) или (4). При выполнении условия Рр(1)<Ркр нить считается разрушенной, и стойкость к истиранию данной нити соответствует значению I. Результатами имитационного моделирования является к значений стойкости к истиранию, анализ которых средствами пакета «Мар1е» позволяет определить вид закона распределения стойкости к истиранию и сводные статистические характеристики. Некоторые результаты прогнозирования представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Некоторые результаты прогнозирования стойкости текстильных нитей различного сырьевого состава к истиранию_
Наименование исследуемых образцов нитей Значение статической нагрузки Рст., сН Экспериментальные значения стойкости к истиранию пи, цикл Прогнозные значения стойкости к истиранию, полученные с использованием эмпирической модели (4) Прогнозные значения стойкости к истиранию, полученные с использованием вероятностной модели (1)
П и , цикл Спи, % П и , цикл Спи, % П и , цикл Спи, %
Хлопчатобумажная пряжа 100 тексх2 140 9247 29,4 10542 33,5 10634 28,5
275 3984 28,4 4144 32,4 4582 32,7
410 1454 34,2 1541 36,3 1672 38,3
Хлопчатобумажная пряжа 25 тексх2 30 2340 29,8 2714 34,6 2691 32,8
60 1120 41,2 1299 47,8 1188 39,1
90 487 43,2 565 50,1 591 49,7
Шерстяная пряжа 220 текс 140 754 29,4 897 35,0 842 33,8
275 422 36,4 460 39,7 512 47,7
410 169 32,4 196 37,6 172 37,3
Шерстяная пряжа 240 текс 55 481 29,7 558 34,5 542 35,3
110 268 46,2 311 53,6 346 53,1
165 98 34,5 122 42,8 113 39,7
Нитроновая пряжа 100 текс 55 2340 27,5 2714 31,9 2591 27,0
110 1120 29,7 1086 28,8 1288 34,2
165 487 35,4 565 41,1 660 29,7
Относительная погрешность прогноза стойкости к истиранию для исследуемых образцов текстильных нитей не превышает 18%. Учитывая, что закон распределения прогнозируемого показателя отличен от нормального, полученный результат является приемлемым для практического использования.
Разработанные имитационные модели позволили установить закономерности влияния гетерогенности показателей механических свойств на основные статистические характеристики стойкости нитей к многоцикловому истиранию. Установлена левая асимметрия кривых распределения стойкости к истиранию, отмеченная другими исследователями в экспериментальных работах, что также
подтверждает правильность выдвинутых предположений при разработке математических моделей. Впервые, с разработкой соответствующей модели прогноза, установлена обратная взаимосвязь между гетерогенностью показателей механических свойств текстильной нити и средним значением стойкости к истиранию.
ВЫВОДЫ
В результате теоретического анализа закономерностей изменения прочности текстильных нитей в процессе испытания на многократное истирание разработаны вероятностные и эмпирические математические модели взаимосвязи разрывной нагрузки и количества циклов истирания.
Методами имитационного моделирования процессов усталостного разрушения текстильных нитей показана возможность экспресс-прогнозирования стойкости к истиранию текстильных нитей различного сырьевого состава.
Список использованных источников
1. Кукин, Г. Н. Текстильное материаловедение / Г. Н. Кукин, А. Н. Соловьев. -Москва : «Легкая индустрия», 1964. - 374 с.
SUMMARY
Article is devoted the solution of a problem of express forecasting of textile threads to multicyclic deterioration . As a result of the theoretical analysis of laws of regularity textile threads in the course of test on repeated deterioration and empirical mathematical models of interrelation ruptureth of loading and quantity of cycles deteriorations are developed. Possibility of express forecasting of firmness to deteriorationed textile threads of raw structure is shown by methods of imitating modelling of processes of fatigue failure of textile threads.
УДК 677.08.02.16./.022
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ДОБАВОК НА
СВОЙСТВА КОМБИНИРОВАННЫХ ВОЛОКНОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ
А.М. Карпеня
На кафедре ПНХВ УО «ВГТУ» разработана технология получения композиционных материалов с использованием коротковолокнистых отходов в качестве наполнителя.
При формировании многослойных материалов широко применяются различные клеящие составы для соединения слоев и полимеризации композиционных материалов.
Выбор клеящего материала при разработке технологических процессов получения многослойных текстильных материалов зависит от назначения разрабатываемого материала, от свойств соединяемых слоев, от клеящей способности самого адгезива, технологии производства материалов.
Свойства композиционных текстильных материалов существенно зависят от свойств, состава и взаимного расположения компонентов, особенностей межфазной границы, а в некоторых случаях — диффузии компонентов матрицы в структуру волокнистого наполнителя, кроме того, в состав композиционных текстильных материалов могут входить компоненты, придающие новые функциональные свойства: мелкодисперсные наполнители, пигменты, антипирены, отвердители, пластификаторы.
В технологии получения плит ДВП в качестве проклеивающих добавок используются: 6%-ная парафиновая эмульсия и 10%-ный раствор
