CC BY
0УДК 677.017.463:531.43 СОПОСТАВИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОЦЕНКИ И _ПРОГНОЗА ПРОЧНОСТИ ТЕКСТИЛЬНЫХ НИТЕЙ И ПРЯЖ_
Т.Я.Хазратова* abduazizovaguli1101@gmail.com
Ключевые слова: прочность, обрывность нити, нагрузка, деформация, закон деформирования, математическая модель.
Прочность - это главное и важнейшее свойство текстильных нитей и пряж, в том числе хлопковых пряж, которое постоянно привлекает к себе внимание исследователей и всесторонне изучается. Прочность текстильных нитей и пряж неразрывно связана с их механическими характеристиками. Как отмечается в [1], при изучении механических свойств волокон и нитей наибольшее значение получили исследования их растяжения, так как в форме волокон, нитей и пряж (малые поперечные размеры и значительная длина) преобладает длина. Это вызывает такой характер приложения к ним сил, что в них возникают в основном деформации растяжения. Этому способствует также продольное расположение волокон в пряже. Поэтому, при испытании текстильных нитей и пряж, в первую очередь к ним прилагаются растягивающие нагрузки [1]. Также известно, что в конечном итоге, прочность текстильных нитей и пряж определяется и оценивается экспериментально на разрывных установках. Однако, вопрос прогноза прочности нитей и пряж требует разработки менее трудоемких способов их определения. Этому вопросу посвящено огромное количество работ виднейших исследователей как у нас, так и за рубежом [1-29]. Исследования в этом направлении сводятся в конечном итоге к разработке конкретных формул и методов расчета прочности нитей и пряж теоретическим путем, при этом, прочность текстильных нитей и пряж оценивается определением относительной разрывной нагрузки P измеряемой в сН/текс [129].
В настоящее время для определения прочности текстильных нитей и пряж, а также развитию методов оценки качества текстильных изделий многими учеными мира выполняется ряд научно-исследовательских работ, в том числе: J.W.S.Hearle, H.H.Kaush, F.T.Peizce, B.S.Gupta, W.Oxenham, E.Grant, Y.Huh, Weiyu He, Shaorui Zhang, K.E.Glubovska, V.B.Merchant, H.Kawasaki, J.D.Collins, A.Jounes, C.F.Zorowski, H.Nosraty, M.Toda, D.U.Shah, Я.Френкель, А.М.Сталевич, В.П.Щербаков, А.Г.Макаров, В.Г.Тиранов, В.Ш.Саркисов, Н.С.Скуланова, Т.А.Кузина, И.И.Мигушов, Т.Н.Кукин, Н.Д.Алыменкова, Г.М.Бартенев, Ю.В.Якубовский, Г.Н.Федосеев, А.П.Болотный и др [1-29]. В их работах достигнуты существенные результаты по разработке методов определения прочности текстильных нитей на основе результатов экспериментов. Исследования в области оценки и прогноза прочности текстильных нитей с помощью теоретических и эпмирических формул, развития закономерностей линейного деформирования нитей в зависимости от их структуры впервые проведены рядом авторов W.E.Weber, Х.А.Рахматуллин, М.Т.Уразбаев, W.E.Morton, L.Van Langenhove, R.L.Steinberger, А.П.Минаков, Б.А.Бузов и др.
"Т.Я.Хазратова - Институт механики и сейсмостойкости сооружений АН РУз им.М.Т.Уразбаева.
«Yosh olimlar axborotnomasi» - «Вестник молодых ученых» - «The bulletin of young scientists»
На современном этапе проблемы расчета прочности нитей рассмотрены в работах Н.М.Белицина, В.М.Кутьина, К.И.Корицкого, Б.П.Позднякова, В.Е.Зотикова, И.В.Будникова, П.П.Трыкова, А.Н.Соловьева, И.М.Раха и других [1-13, 19-21]. Анализ теоретико-эмпирических формул предложенных этими авторами приведен в работах [3, 23]. Наиболее глубоко рассмотрены вопросы прочности текстильных нитей и пряж в работах В.Е.Мортона, Дж.В.С.Херла, В.П.Щербакова и других авторов [2-16].
Отечественные ученые Х.А.Алимова, Б.М.Мардонов, М.М.Мукимов, Р.З.Бурнашев, К.Ж.Жуманиязов, Б.Х.Баймуратов, ^.Г.Гафуров [26-33], проводили исследования физико-механических свойств хлопковых пряж, методов определения прочности хлопковых волокон, определения параметров колебания текстильных нитей при динамических нагрузках, возникающих в технологических процессах текстильного производства. Вопросами прочности нитей при продольных и поперечных ударах, прочности нитей на основе теории наследственной механики, прочности нитей в зависимости от параметров технологических процессов при их изготовлении занимались Т.Р.Рашидов, Т.М.Мавлонов, М.Э.Эргашов, Ш.А.Кадыров, А.М.Махаматханов, И.И.Ибрагимов, А.Б.Бараев, К.Ш.Латипов, А.Э.Гуламов и другие ученые [26-33].
Предложенные перечисленными выше видными учеными расчетные формулы для определения и прогноза прочности в основном базируются на прочности образующей пряжи - волокна. Говоря другими словами, прочность пряжи полностью определяется и зависит от прочности волокна. Это совершенно правильно и естественно. Хлопковая пряжа целиком состоит из хлопковых волокон длиной 2-5 см. Эти волокна в пряже расположены сложнейшим скрученным, близким к спирали образом, и, естественно при растяжении пряжи, ее прочность полностью определяется поведением внутренних сил, возникающих в пряже при растяжении. Эти силы в основном разделяются на два вида: первые - это силы растяжения самого волокна, проявляющиеся так или иначе; вторые - силы трения (взаимодействия) между волокнами при растяжении пряжи. В настоящее время не установлено, в каких ситуациях, какая из этих сил преобладает. Далее, рассматривается зависимость межволоконных сил трения от радиального (поперечного) давления, от неровноты по длине и по диаметру хлопкового волокна, от самой длины хлопкового волокна и т.д. Одним словом, эти внутренние силы зависят от множества геометрических факторов характеризующих как хлопковое волокно, так и пряжу, а также от физико-механических характеристик волокна и самой пряжи. Как видно, определение прочности пряжи расчетным путем приводит к сложнейшим задачам экспериментального определения внутренних силовых факторов в пряже. Во многих случаях, эти силовые факторы определяются и оцениваются теоретически приблизительно с существенными идеализациями и упрощениями. Непосредственных экспериментальных исследований свойств внутренних сил в пряже при ее растяжении, в настоящее время отсутствует. Это обстоятельство требует поиска других путей решения этого вопроса. В предлагаемом методе получена формула для определения прочности пряжи другим путем. Здесь расчетная формула прочности получена из физически нелинейного закона деформирования, разработанного авторами, на основе анализа результатов серийных испытаний на прочность хлопковой пряжи.
Согласно проведенным анализам в работах [12, 13], наиболее известным и применяемым в расчетах прочности пряжи является метод А.Н.Соловьева. Расчетная формула А.Н.Соловьева [1] является теоретико-эмпирической формулой, которая главным образом основана на следующих факторах:
- прочность волокна, определяемая разрывной нагрузкой хлопкового волокна при испытании на разрыв при растяжении. Для хлопковых волокон эта величина изменяется в пределах от 22 до 35 сН/текс;
- неровнота пряжи по сечениям вдоль ее длины;
- межволоконные силы трения или тангенциальное сопротивление.
«Yosh olimlar axborotnomasi» - «Вестник молодых ученых» - «The bulletin of young scientists» 49
С учетом усредненных значений параметров этих факторов и результатов соответствующих опытов, в конечном итоге, А.Н.Соловьевым была предложена формула для определения прочности пряжи расчетным путем в следующем виде [ 1]
Г Л
Рр - pNB-
p N
1 - 0,0375H -
Л
1--
L
xkV
(1)
Ш J
где Рр — разрывная нагрузка пряжи, в граммах силы (г); р — средняя разрывная нагрузка волокна хлопка, в граммах силы (г); N - номер хлопка (волокна) в м/г, который является обратной величиной линейной плотности, т.е. = 1/^, где — линейная плотность хлопкового волокна, в текс; N — номер хлопковой пряжи в м/г или N = 1/ Гя, Гп — линейная плотность хлопковой пряжи, в текс; Н0 — показатель качества технологического процесса, безразмерный коэффициент; — штапельная длина хлопкового волокна, в мм; х^ — поправка к формуле (1) на крутку пряжи, безразмерная величина, определяемая в зависимости от коэффициентов круток сс — ак по специально составленной таблице; г] — поправка на состояние текстильного оборудования, безразмерный коэффициент, меняющийся от 1,0 до 1,1 в зависимости от состояния оборудования.
В формуле (1) разрывная нагрузка Р на длине пряжи = 500 мм (базовая длина
хлопковой пряжи при испытании ее на разрыв при растяжении в экспериментах) считается состоящей из следующих слагаемых
P - Pp - 3<
(2)
где Pp - среднее значение P на длине L0; <c - среднеквадратическое отклонение
значения P от P,
Коэффициент вариации прочности пряжи равен
C-<-100 = 1,25H , в %
Pp
(3)
где Н — коэффициент неровноты пряжи по сечениям.
Как отмечается в [1], для определения Н опытным путем получена следующая зависимость
70,7
H - H
в %
N
(4)
B
N
Также А.Н.Соловьевым в [1] принята следующая зависимость для определения значения Рр
Рр = рПр + Тспс (5)
где п — число разорвавшихся волокон хлопка в пряже при растяжении; Тс — средняя сила тангенциального сопротивления скользящих друг относительно друга хлопковых волокон в пряже при ее растяжении; пс — число скользящих волокон в сечении пряжи.
Кроме этого, при выводе формулы (1), А.Н.Соловьевым принято допущение, что все волокна в пряже имеют одинаковую штапельную длину Ьш = 20 мм и разрывную нагрузку p
. Еще считается, что сила трения и цепкости Тс равна
Тс = 0,5p (6)
Также принято допущение, что длина участвующих во взаимодействии друг с другом хлопковых волокон равняется
lc = 0,25ЬШ = 5 мм (7)
На основе вышеперечисленных допущений и уравнений (2)-(7) А.Н.Соловьевым получена формула (1).
Как видно из вышеприведенных сведений, формула А.Н.Соловьева (1) практически построена из достаточно приблизительных предположений отраженных в соотношениях (3)-(7). Тем не менее, в настоящее время формула А.Н.Соловьева (1) является самой применяемой при прогнозе прочности хлопковых пряж, и считается, что результаты расчета прочности по формуле (1) хорошо соответствуют результатам экспериментов, где разрывная нагрузка P
определяется в опытах на разрывных установках.
В заключении хотим отметить, что работы, посвященные проблемам прочности и разрушения текстильных нитей и пряжи, далеко не исчерпываются рассмотренными выше трудами. Но, эти работы являются в определенной степени фундаментальными в этом направлении.
Литература:
1. Кукин Г.Н., Соловьев А.Н. Текстильное материаловедение. Часть 2. Москва: Легкая индустрия, 1964. 380 с/
2. Morton W.E., Hearle J.W.S. Physical properties of textile fibers. Fourth edition. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2008. 765 p.
3. Hearle J.W.S., Lomas B., Cooke W.D. Atlas of Fibre fracture and Damage to textiles. Second edition. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2000..460 p.
4. Morton W.E., Hearle J.W.S. Physical properties of textile fibers. 3-d ed. 1993. 795 p.
5. Kausch H.H. Polymer fracture. New York. 1978. 430 p.
6. Кукин Т.Н., Соловьёв А.Н..Кобляков А.И. Текстильное материаловедение (волокна и нити). Москва: Легпромбытиздат, 1989. 350 с.
7. Мортон В.Е., Херл Дж.В. Механические свойства текстильных волокон. Москва: Легкая индустрия, 1971. 184 с.
8. Van Langenhove L. Simulating the Mechanical Properties of a Yarn Basel on the Properties and Arrangement of its Fibers. Part I: The Finite Element Model//Textile Research Journal. 1997, Vol.67. №4. P.263-268.
9. Steinberger R.L. Elastic and Plastic Properties of Textile Fibers. Part III. Swelling of Cotton and Cellulose Acetate When Exposed to Air at Various Relative Humidifies// Textile Research Journal. 1934, Vol.4. №7. PP.331-347.
10. Раха И.М. Определение прочности хлопчатобумажной пряжи//Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. 1993, №5. С. 27-31.
11. Соловьев А.Н. Определение характеристик жесткости нити при растяжении//Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. 1962, №4. С. 18-25.
12. Щербаков В.П. Прикладная и структурная механика волокнистых материалов. Москва: Тисопринт, 2013. 304 с.
13. Щербаков В.П., Скуланова Н.С. Основы теории деформирования и прочности текстильных материалов. Москва: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2008. 332 с.
14. Бузов Б.А., Алыменкова Н.Д. Материаловедение в производстве изделий лёгкой промышленности (швейное производство). Москва: Академия, 2004. 448 с.
15. Сталевич А.М. Деформирование ориентированных полимеров. СПб.: СПГУТД, 2002. 250с.
16. Макаров А.Г. Прогнозирование деформационных процессов в текстильных материалах. СПб.: СПГУТД, 2002. 220 с.
17. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Релаксационные явления в полимерах. Л.: Химия, 1972. 250с.
18. Мигушов И.И. Механика текстильной нити и ткани. М.: Легкая индустрия, 1980. - 160 стр.
19. Рахматуллин Х.А., Демьянов Ю.А. Прочность при интенсивных кратковременных нагрузках. - М.: Изд-во физ-мат. лит., 1961. 400 с.
20. Уразбаев М.Т. Основы механики весомой деформируемости гибкой нити. - Ташкент: Издательство АН, 1951. 187 с.
21. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности. Москва: МГТУ, 2007. 648 с.
22. Корицкий К.И. Технико-экономическая оценка и проектирование качества текстильных материалов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. 160 с.
23. Раха И.М. Определение прочности хлопчатобумажной пряжи//Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. 1993, №5. С. 27-31.
24. Корицкий К.И. Основы проектирования свойств пряжи. Москва: Гизлегпром, 1963. 246 с.
25. Султанов К.С., Исмоилова С.И. Структурная прочность текстильных нитей. Монография. Ташкент: Издательство «Фан», 2017. 256 с.
26. Алимова Х.А. Безотходная технология переработки шелка. - Ташкент: Фан, 1994. 312 с.
27. Гафуров Ж., Мардонов Б.М. Упруго- и упругопластическое деформирование волокон при осевом нагружении крученой пряжи//Проблемы механики. 2012, №2. С.15-19.
28. Мардонов Б.М., Гафуров К.Г. О законах деформирования текстильной нити (пряжи) с учетом ее структурного изменения//Проблемы текстиля. 2011, №2. С.37-42.
29. Мавлянов Т.М., Шодмонкулов З.А., Абдиева Г.Б. Определение прочности текстильных материалов на основе модельных методов//Журнал «Проблемы текстиля». 2010, №1. С.87.
30. Рашидов Т.Р., Ибрагимов Х.Х., Мардонов Б.М., Алишев Ш. Теоретико-экспериментальное исследование процессов наматывания нити в кольцепрядении//Известия АН РУз. Серия техн. наук. 1981, №1. С.82-86.
31. Эргашов М. Свойства и взаимодействия волн в нити. Ташкент: Фан. 2001.
32. Баймуратова Б.Х., Даминов А.М., Янгибоев Р.М. Исследование натяжения нитей различного волокнистого состава в процессе перематывания//Текстильный журнал Узбекистана. 2021, №1. С.54-61.
33. Кадыров Ш.А., Махаматханов А.М., Ибрагимов И.И, Латипов К.Ш. Сушка живых шелковистых коконов пульсационным способом. - Ташкент: Узбекистан, 1994. 104 с.
TO'QMACHILIKIPLARININGMUSTAHKAMLIGINIANIQLASH, BAHOLASH VA BASHORAT QILISH USULLARINING QISYOSIY TAHLILI
Maqolada xorijda nashr etilgan iplarning mustaxkamligini tajribaviy va nazariy tadbiqlariga bag'ishlangan fundamental ishlar sharxi keltirilgan. Ipning mustahkamligini aniqlash A.N.Solovyov usulining batafsil tahlili keltirilgan.
СОПОСТАВИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗА ПРОЧНОСТИ ТЕКСТИЛЬНЫХ НИТЕЙ И ПРЯЖ
В статье приведен обзор научных работ посвященных экспериментальному и теоретическому исследованию прочности нитей и пряжи на основе зарубежных публикаций. Приведен подробный анализ метода А.Н.Соловьева по определению прочности пряжи.
COMPARA TIVE ANALYSIS OF METHODS FOR DETERMINING, ASSESSING AND PREDICTING THE STRENGTH OF TEXTILE THREADS AND YARNS
The article provides an overview of scientific papers devoted to the experimental and theoretical study of the strength of threads and yarn based on foreign publications. A detailed analysis of A.N. Soloviev's method for determining the strength of yarn is given.
