Исследования напряженно-деформированного состояния текстильных нитей

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ НИТЕЙ

Г.Б. Демеуова

В данной статье рассмотрены вопросы текстильной промышленности, исследования напряженно - деформированного состояния нитей, определяют течение технологических процессов намотки пряжи в клубки.

О наличии релаксационных процессов в нитях объясняются по текстильной технологии и текстильному материаловедению установлено, что вследствие особенностей строения полимерных материалов для них характерно наличие трех слагающих частей деформаций; наряду с небольшой истинно упругой деформацией большую долю обратимой деформации в этих материалах составляет эластическая, медленно развивающаяся и исчезающая. Кроме того, одновременно развивается и большая остаточная необратимая деформация. Сумма этих трех деформаций может развиваться прямолинейно, но из этого не следует, что она является полностью обратимой упругой /1/.

Упругая деформация возникает потому, что под действием внешней силы происходят небольшие изменения средних расстояний между частицами полимеров, составляющих текстильные волокна, между соседними звеньями и атомами в молекулах. При этом межмолекулярные и межатомные связи сохраняются, а валентные углы немного увеличиваются. Эти изменения приводят к тому, что упругая деформация всегда вызывает увеличение объема деформируемого тела. В результате изменения расстояний между частицами в деформированном волокне накапливается упругая энергия. При освобождении от действия внешней силы происходит исчезновение упругой деформации.

Эластическая деформация возникает вследствие того, что под действием внешней силы происходят изменения конфигураций макромолекул полимеров, составляющих волокна, а так же их перегруппировки. Под действием внешней силы макромолекулы полимеров переходят в более распрямленное состояние и ориентируется по направлению действия сил. Поскольку же макромолекулы взаимодействуют с соседними, а звенья одной и той же молекулы вследствие ее изогнутости взаимодействуют друг с другом, эти перемещения совершаются лишь малыми участками полимерных молекул и вместо нарушенных межмолекулярных взаимодействий тотчас возникают новые. Эластическая деформация развивается во времени с небольшими скоростями. Оно сильно зависит от условий, влияющих на межмолекулярное взаимодействие. Причем, объем деформируемого тела при эластической деформации не увеличивается./1/.

Пластическая деформация возникает вследствие того, что под действием внешней силы происходят необратимые смещения звеньев макромолекул на довольно большие расстояния. Поскольку при развитии этого вида деформации в волокнах макромолекулах приходится преодолевать значительные межмолекулярные связи, она развивается еще медленнее, чем эластическая. В чистом виде процесс ее развития, представляющий собой течение материала, является стационарным и продолжается длительно - до разрушения. Пластическая деформация необратима.

Следует отметить, что три составные части деформации развиваются не последовательно одна за другой, а одновременно, хотя и с различными скоростями. После прекращения действия силы одновременно начинают исчезать обе обратимые части деформации, но естественно с разными скоростями.

Величину , в приложении к текстильным материалам, нужно рассматривать как модуль относительной жесткости. По закону Гука: E Е, откуда Е = х/E. Поскольку х = P/S, где P - усилие, а S - площадь поперечного сечения, то откуда

Е = P/(E,S) (1)

Отношение P/E в теории упругости принято называть жесткостью материала, а поскольку в формуле в знаменатель входит еще величина S, получается, что жесткость в этом случае отнесена к площади, то есть является относительной /2/.

Если дать волокнам или нитям малые удлинения и на короткое время, то деформация будет почти полностью обратимой и притом в основном упругой. Вычисление модулей для таких условий допустимо. Подобные модули часто называют начальными, имея в виду то, что они получены для начальных условий растяжения. При использовании волокон и нитей им часто приходится претерпевать кратковременные и небольшие растяжения. В этих условиях для приближенных и простых расчетов зависимости между деформацией и напряжением может быть рекомендован закон Гука - с использование начальных модулей /3/.

Применение модулей продольной упругости для больших растяжений, осуществляемых в течении длительного времени, когда доля упругой деформации в полной мала, по существу, теряет смысл, и модуль может рассматриваться как отношение данного напряжения к соответствующему полному удлинению. Применение подобных модулей мало оправданно, поскольку их значения, различны как для разных напряжений, так и для одинаковых, но при повторных нагружениях.

Фундаментальные исследования по совершенствованию технологического процесса перематывания пряжи в клубки, с точки зрения напряженно-деформированного состояния нитей. Но в этих исследованиях при теоретических расчетах использован коэффициент жесткости нитей основы и ткани, что дает лишь приближенную картину рассматриваемого явления, так как поведение текстильных материалов при малом и большом времени нагружения различно. /2/

Впервые, при изучении напряженно-деформированного состояния нитей на трикотажных машинах, используя слабо сингулярное ядро Ржаницына и его резольвенту, дает реальную картину поведения в любой отрезок времени /4/. напряженный деформированный намотка нить

Наибольшее развитие, связанные с напряженно-деформированным состоянием нитей в процессе ткачества с учетом фактора времени.

Особенности текстильных материалов в производстве, используя теорию наследственной вязкоупругости, дал математическое описание напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка на ткацком станке. Таким образом, проанализировав метод логарифмических совмещений для определения вязкоупругих параметров при растяжении, его недостатки и предложил более простой метод, основанный на анализе экспериментальных данных на релаксации напряжений, полученных на универсальной разрывной машине ФП-10 /5/.

Результатом найденных изменений мгновенного модуля упругости при различном нагружения, что при изучении технологического процесса ткачества достаточно использовать линейную теорию вязкоупругости. Для дальнейших расчетов, необходимых для описания напряженно-деформированного состояния нитей в ткачестве, упрощенные формулы для расчета вязкоупругих параметров и приведены данные расчетов для текстильных нитей различного волокнистого состава. Полученные формулы имеют вид:

(2)

А= (3)

Значение вязкоупругих параметров для нитей различного волокнистого состава, приведены в таблице 1

Таблица 1

Значение вязкоупругости параметров

При исследовании напряженно - деформированного состояния нитей необходимо учитывать вязкоупругие параметры пряжи, учет которых позволяет представить реальную картину поведения пряжи в процессе перематывания.

Литература

1. Кудряшова Н.И. Влияние скорости деформирования на основные механические характеристики текстильных нитей. Дисс. канд. техн. наук. М., 1998. 156 с.

2. Линник В.А. Исследование и проектирование механизмов для формирования паковок с заданными свойствами. Дисс. канд.техн. наук. М., 2000. 358 с.

3. Ефременов Е.Д. Ефременов Б.Д. Основы теории наматывания пряж на паковку. М. Легкая ипещевая промышленность. 2000. 143 с.

4. Колтунов М.А. Кравчук А.С. Майборода В.П. Прикладная\ механика деформируемого твердого тела. М. Высшая школа. 1997. 352 с.

5. Колтунов М. А. Майборода В, П, Зубчанинов В.Г. Прочностные расчеты изделий из полимерных материалов. М. Машиностроение. 1995. 239 с.

Размещено на Allbest.ru