Инженерная система автоматизированного проектирования стеклотрикотажа РПС-1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Инженерная система автоматизированного проектирования стеклотрикотажа РПС-1

Шлённикова О.А.

Разработана система автоматизированного проектирования параметров структуры и показателей свойств трикотажа технического назначения, которая позволяет найти оптимальные варианты для армирующих структур в соответствии с требованиями к композиционным материалам.

Ключевые слова: автоматизированное проектирование; стеклотрикотаж РПС-1; армирующие структуры; композиционные материалы; разработка структур трикотажа.

Введение

Применение вычислительной техники с целью сокращения продолжительности и повышения качества технологических разработок в трикотажном производстве, является насущной и актуальной задачей настоящего времени. Инженерная система автоматизированного проектирования стеклотрикотажа предназначена для создании алгоритма расчёта параметров структуры и показателей свойств трикотажа технического назначения в соответствии с требованиями к конечному продукту - армирующему материалу для композитных материалов, работающих в условиях резких перепадов температур и воздействия повышенных механических нагрузок.

Традиционно, наибольшее применение получили компьютерные системы для автоматизированной подготовки рисунка и управления вязальными машинами. Исходным этапом для автоматизированного технологического проектирования трикотажного полотна или изделия является художественное его проектирование или конструирование. Результаты художественного проектирования представляются в виде патрона узора, зарисовки формы детали или схемы готового изделия с указанием его размеров и структуры его участков, способа размещения узоров на каждом из них [1].

Задача данной работы - поиск оптимальных параметров основовязаного трикотажа технического назначения с повышенными показателями устойчивости на эрозийный унос и сопротивления разрывным нагрузкам.

Разработка структур трикотажа

Устойчивость трикотажа на эрозийный унос решается разработкой переплетений трикотажа, позволяющих обеспечить данное требование. С этой целью проведён теоретический анализ структур двойных основовязаных переплетений.

Схема поиска структур переплетений с повышенной устойчивость к эрозионному уносу представлена на рис. 1. Близким аналогом является двойной уточный основовязаный трикотаж (рис. 1, а). Основным выявленным недостатком этого переплетения является расположение уточных нитей 1 и 2 только в одном из слоев трикотажа. В такой структуре переплетения при разрушении наружного слоя образованного петлями грунта 3 и 4, уточные нити 1 и 2 оказываются незакрепленными и легко подвергаются эрозионному уносу. Чтобы исключить указанный недостаток, разработаны способы закрепления уточных нитей в структуре трикотажа. В отличие от переплетения-аналога расположение уточных нитей характеризуется следующим:

· Горизонтальные уточные нити закреплены уточными протяжками на противоположной стороне трикотажа (рис. 1, б).

· Уточные нити закреплены набросками на противоположной стороне трикотажа (рис.1, в).

· Уточные нити закреплены путём образования петель на противоположной стороне трикотажа (рис. 1, г).

Во всех разработанных вариантах переплетений при эрозионном разрушении наружного слоя, который образован петлями грунта 3 или 4 уточные нити 1 или 2 удерживаются в структуре трикотажа.

При разработке структурно-целевой матрицы использован комплексный метод проектирования основовязаных переплетений, включающий помимо аналитической и графической записей, продольный и поперечный разрез (геометрическую модель переплетения трикотажа), который отображает расположение нитей и несет полную информацию о взаимосвязи систем нитей в трикотаже [2].

Рис.1. Способ закрепления уточной нити в элементарной ячее структуры трикотажа

Сочетание элементов структур переплетений аналогов и способов их закрепления, привело к разработке структурно-целевой матрицы, в составе которой более двадцати вариантов принципиально новых переплетений, подлежащих сравнительному исследованию.

Трикотаж, полученный на базе разработанных переплетений, оценивается следующими основными параметрами: сопротивлением разрывным нагрузкам при растяжении по длине и по ширине, объёмной плотностью и определённой толщиной. В проведённых расчётах необходимо учитывать характеристики используемого сырья, каким в данном случае являются стеклонити. Известно, что при расчёте сопротивления разрывным нагрузкам по длине и по ширине, влияет прочность самих нитей, их ориентация в петлях к направлению действия приложенного усилия. В разработанных структурах трикотажа, расположение стеклянных нитей зависит: от способа закрепления уточной нити, раппорта и заправки переплетения, а также видов используемых стеклонитей.

Прогнозирование свойств стеклотрикотажа

Исследованиями установлено, что на прочность трикотажных полотен из стеклянных нитей, кроме прочности самих нитей и их ориентации в петлях к направлению разрывного усилия, влияет величина радиуса кривизны элементарных нитей в петлях 3. Для традиционных нитей действует зависимость: чем меньше угол наклона нити к растягивающему усилию, тем больше будет использована её прочность. Такой вывод для стеклонити справедлив в том случае, если в процессе нагружения фактический радиус кривизны нити в петле _ф. остаётся больше критического р_кр.. Величина радиуса изгиба нитей в петле зависит от вида переплетения, модуля петли, толщины нитей из которых выработан трикотаж.

Максимальное использование прочности стеклянной нити возможно только при условии, когда кривизна нити элементарной ячеи не будет достигать критического значения р_ф>>р_кр. При растяжении стеклотрикотажа возрастает вероятность того, что в некоторых звеньях петли кривизна элементарной нити может приближаться к критическому значению. В процессе нагружения петельные столбики двух сторон трикотажа сближаются, высота петельного ряда при этом изменяется, т.е. В = В_max.. Меняется и толщина жгута из уточных нитей, т. е. _. (рис. 2).

В общем виде разрывная нагрузка элементарной ячеи трикотажа с учётом степени ориентации нити в опасном звене в направлении действия растягивающего усилия определяется как сумма проекций остова петли и её протяжки, т.е. выражением:

Рис. 2. Ячея структуры двойного уточного основовязаного трикотажа при растяжении по длине

,

где: - средняя разрывная нагрузка нити;

- суммарный диаметр нити;

- количество нитей, сопротивляющихся разрыву;

- коэффициент сплющиваемости нити;

Н_р- коэффициент неровноты при определении прочности нити;

- коэффициент, учитывающий изменение прочности нити

Тогда разрывная нагрузка при растяжении стеклотрикотажа по ширине, с учётом степени ориентации нити в опасном звене ячейки трикотажа в направлении действия растягивающего усилия, рассчитывается по общей формуле

,

Где _. - раппорт уточной нити; - количество нитей, сопротивляющихся разрыву.

Проведение расчётов для всех вариантов разработанных структур стеклотрикотажа довольно трудоёмкий процесс, поэтому требовалась разработка системы автоматизированного проектирования.

Автоматизация поиска оптимального варианта структуры трикотажа

Блок-схема расчёта параметров и поиска оптимальных вариантов стеклотрикотажа состоит из нескольких взаимосвязанных между собой циклов с обращением к подпрограммам и представлена на рисунке 4.

Рис. 4. Блок-схема расчёта параметров и свойств стеклотрикотажа для композиционных материалов

На компьютере, в его базе данных, сформирована структурно-целевая матрица, представленная в виде графических моделей поперечных разрезов структур трикотажа различных вариантов переплетений. Изображение модели создано при помощи графического редактора (АСАД) и дает представление о характере расположения элементов структуры переплетений.

На основе геометрических моделей структур переплетений, по математическому описанию выделенных элементов структур, разработаны алгоритмы расчета параметров трикотажа. В основу расчётов положена специфика свойств стеклонитей. Расчёт разрывной нагрузки стеклотрикотажа проведён по опасному звену элементарной ячеи, определяемой по максимальной кривизне нити в петлях грунта. В соответствии с блок-схемой на языке составлена программа расчёта параметров петельной структуры и показателей свойств стеклотрикотажа. Используемый язык имеет большое количество встроенных функций для работы с внешними устройствами. Для графического вывода поперечного разреза рассматриваемых вариантов структуры трикотажа на экран монитора, разработана программа [4] .

В соответствии с принципом отктытой архитектуры каждая из подпрограмм расчёта параметров стеклотрикотажа в системе РПС-1 может быть целенаправленно изменена или дополнена: возможно менять заправку по гребёнкам грунта и утка, можно дополнить структурно-целевую матрицу графическими моделями поперечных разрезов трикотажа других вариантов переплетений и др. Ниже приводится пример реализации инженерной системы автоматизированного проектирования и поиска оптимального варианта переплетения.

Автоматизация инженерного анализа свойств стеклотрикотажа

На первом этапе производился ввод исходных данных для расчёта. Интерфейс программы представлен на экране монитора в виде рабочего окна, которое делится на три части (рис. 5, 6, 7). В левой его части высвечивается прямоугольное окно базы данных, представленной графическим изображением геометрической модели варианта структуры трикотажа, в которой показано взаимное расположение грунтовых и нескольких систем уточных нитей. В нижней его части высвечиваются расчётные параметры для рассматриваемого варианта переплетения, указаны клавиши управления программой.

Рис. 5. Вариант переплетения - I

Рис. 6. Вариант переплетения - 1 (аналог)

Инженерная система автоматизированного проектирования стеклотрикотажа (РПС-1) содержит модули расчета параметров переплетений и нахождении элемента петельной структуры, в которых наиболее вероятно достижение р_кр. Поперечный разрез структуры трикотажа на экране монитора отображает геометрическую модель опасного звена. В переплетениях таким звеном является дуга перехода петли 1 в протяжку 2.

Рис. 7. Вариант переплетения - 7

Проекции этих элементов петли в направлении действия растягивающего усилия определяются в зависимости от угла наклона. Например, на рисунках 5, 6 и 7 для различных вариантов переплетений выделены опасные звенья в элементарных ячейках. Разные значения угла приводят к необходимости составления алгоритма расчёта в зависимости от варианта переплетения трикотажа.

Разработанный интерфейс системы позволяет одновременно увидеть вводимые данные, графическое изображение схем структуры трикотажа и результаты расчётов. К достоинствам системы РПС-1 следует отнести:

· ввод необходимой информации осуществляется единовременно для всех вариантов переплетений,

· интерфейс каждого варианта даёт представление о взаимном расположении нитей во внутренней структуре трикотажа (имеется цветное выделение грунтовых и уточных нитей),

· удобный и полезный гид, простота в работе с программой.

База данных в виде графического описания позволяет выбирать структуру и в автоматическом режиме, выполнять расчёты для выбранного переплетения трикотажа, определять: длину нити в петлях грунта и утка, поверхностную плотность трикотажа, массовые доли нитей грунта и утка в заправке, разрывную нагрузку по длине Р_дл и по ширине Р_ш , толщину трикотажа и др.

Распечатка полученных данных по всем вариантам структурно-целевой матрицы осуществляется на принтере из любого текстового редактора. Данные выдаются на экран монитора и распечатываются в виде сводной таблицы с указанием трёх оптимальных вариантов.

Инженерная система РПС-1 решет задачи автоматизации самых трудоёмких этапов процесса технологической подготовки трикотажного производства, которыми являются вопросы выбора переплетения, составление заправки многогребёночного основовязаного оборудования, прогнозирования свойств трикотажа. Решение этих вопросов с применением системы автоматизированного проектирования РПС-1 является наиболее целесообразной. Пользователь имеет возможность оперативно ввыполнить расчёт различных заправок, проанализировать большое количество вариантов переплетений, выбрать лучшие из них и распечатать нужные варианты на принтере

автоматизированный трикотаж армирующий

Заключение

Разработана инженерная система РПС-1 для автоматизированного проектирования параметров структур основовязаного трикотажа (с учётом его свойств), вырабатываемого из стеклянных нитей. Автоматизированное исследование свойств разработанных переплетений стеклотрикотажа даёт количественные характеристики для сравнения вариантов между собой и с известными аналогами.

С использованием системы РПС-1 могут быть выбраны оптимальные варианты переплетений, которые вырабатываются из стеклянных нитей на двухфонтурных шестигребёночных Рашель-машинах. Анализ параметров и характеристик материалов, разработанных с использованием РПС-1, показал, что расчетные значения близки к экспериментальным (расхождение составило 5-12 %). На этом основании можно считать, что разработанная и апробированная с положительным результатом система является практически полезной и необходимой для сравнительной оценки видов технического трикотажа и может быть рекомендована для использования в промышленности. Программа теоретических расчётов параметров и свойств, с учётом особенностей новых переплетений, специфики состава сырья и имеющихся заправочных возможностей, значительно повышает продуктивность работы инженера-исследователя и позволяет расширить научный поиск в области производства трикотажа технического назначения.

Библиографический список

1. Шалов И.И., Кудрявин Л.А. Основы проектирования трикотажного производства с элементами САПР. М.: Высшая школа, 1989.

2. Зиновьева В.А., Морозова Л.В., Шленникова О.А. Комплексный графический метод проектирования основовязаного трикотажа // Известия вузов: Текстильная промышленность. N 3, 2006.

3. Зиновьева В.А., Карякина Р.Г. Шленникова О.А. Применение нетрадиционных нитей в производстве трикотажа. М.: ЦНИИТИлегпром, Трик. и текст.-гал. промышленность, 1988.

4. Патент РФ N 980688. Расчёт параметров петельной структуры и разрывной нагрузки основовязаного стеклотрикотажа Шленникова О.А., Зиновьева В.А., Сосков М.И., Соскова Т.К., 1998.

Размещено на Allbest.ru