织物折皱回复性能建模研究

d Wc PB 1 - 215 1 - 115 = PL R0 R PL R 22d R 2 3 4R ( 10)
Q
Q
若令 A 1 = PBP 4, B 1 = - PL R 0P 2, C 1 = - PL P 3, 则式 ( 10) 可简化为 Fc = A1 B1 C1 2 + 215 + 115 R R R ( 11)
第 28 卷 第 10 期 2007 年 10 月 文章编号 : 0253 - 9721( 2007) 10 - 0038 - 04
纺 织 学 报 Journal of Textile Research
Vol. 28 No. 10 Oct. 2007
织物折皱回复性能建模研究
石风俊, 郑德均
( 中原工学院 , 河南 郑州 450007) 摘 要 基于纺织材料的弹性回复性能及织物的内摩擦作用 , 研究织物在较小折皱力作用 下的折皱 弯曲与回复 性
Abstract This paper presents a method to study the creasing recovery property of woven fabrics under small creasing force based on the elastic property and the internal frict ion effect of fabric using a simple model. The relationship between creasing recovery force and its bending deformat ion of wool and woolP polyester woven fabrics are analyzed. From the needs of practical research situat ion, a testing method has been presented to study the creasing and bending behaviors of wool and woolP polyester fabrics based on the KES - FB3 compressometer. Parameters of the theoretical model equation are obtained from the real tests and the comparison of the experimental results and theoretical predictions indicates that the agreement between them is satisfactory for wool and woolP polyester fabrics. Key words woven fabric; bending; creasing; recovery force; rheological model 织物在使用过程中, 由于外力作用会形成不规 则的皱痕与残留的起拱变形, 这不仅有损织物外观 , 而且会降低耐用性 , 因此织物应具有良好的抗皱性 [ 1] 与变形回复能力 。织物折皱回复性能是考核织物 性能的重要指标之一, 现行 GBP T 3819 ) 1997 中织物 折痕回复性的测试方法是织物在受到较大压力作用 时( 标准规定为 10 N) 所产生的折皱变形与回复 , 该 测试方法反 映的是 释压一 定时间 后 ( 标准 规定 为 5 min) 的某一回复角度值。本文研究了织物在较小 折皱力作用下的折皱弯曲与回复 , 对织物在折皱弯 曲与回复过程中折皱回复力与弯曲变形的关系进行 了分析 , 有利于加深对织物折皱弯曲与回复过程规 律的认识与理解。
为简单起见, 假定织物的弯曲弹性是线性的 , 关 于织物摩擦约束力偶 Mf 与弯曲曲 率的关系, 有文 献假定织 物的内 摩擦约 束为 恒定的 , 即 Mf ( k ) = M 0 。事实上, 织物的摩擦约束力偶是随弯曲曲率而 变化的
[ 9- 11]
。为此, 假定: M ( k ) = Bk = BP r Mf ( k ) = L k = L P R ( 7) ( 8)
约束系数。把式( 7) 、 ( 8) 带入式 ( 5) 、 ( 6) , 可得织物 的折皱回复功和折皱回复力 : Wc = PB PB 2 - 115 - 115 PL R0 ( R0 - R ) 2R 0 2R 3 4 - 015 - 015 PL( R 0 - R ) 3 Fc = ( 9)
织物弯曲的弹性能量都集中在弯曲部分, 假设 伸直部分的能量为零。织物中的弹性能等于把织物 的曲率半径从 ] 弯曲到半径为 R 所需要的能量, 即 ] M(1 Pr ) E e ( R ) = PR M ( k ) d k = PR d r ( 1) 2 R r
式中织物的弯曲曲率 k = 1P r。 织物的内部应力使之有从弯曲向伸直状态回复 的倾向。织物从曲率半径 R 0 的半圆筒恢复到曲率 半径 R , 织物的弹性能 将减少, 减少的量 E e ( R 0 y R)为
只要求得模型参数 A 1 、 B1 、 C 1 , 即可求出不同压 缩曲率半径下所对应的折皱回复功与折皱回复力。
样的结构参数及弯曲性能参数见表 1。织物的弯曲 刚度和摩擦约束力偶用 KES -FB2 弯曲仪进行测试。 弯曲速度为 015 cm P s, 最大曲率为 ? 21 5 cm , 由 [ 9] 于不考虑织物的黏弹性, 滞后弯矩 2HB 即为 2L 。
- 1 -1
表 1 试样结构参数与弯曲性能参数 Tab. 1 Structure and bending parameters of the samples
式中 : B 为织物的弯曲刚度; L 为一常数 , 称为摩擦
图 1 弹簧与摩擦元 件并联模型 Fig. 1 Parallel elastofrictional model for fabrics 图2 织物折皱回复 变形的几何形状 Fig. 2 Creasing recovery of semicircular fabric
1
理
论
织物的折皱弯曲性能不仅受织物组织的影响, 还与织物的弯曲刚度有关 , 而织物弯曲刚度与纱线 弯曲刚度存在一定3]
。
纱线性能受组成纤维的力学性能以及纱线结构的影 [ 4] 响 , 所以织物的折皱弯曲与回复性能应该是诸多 因素综合所致 , 如果把这些因素都考虑进去会在理 论分析尤其是定量分析时带来较大困难 , 因此根据 研究对象做出一定的假设。在研究织物的折皱弯曲 和回复机制时, 可以从现象或模型出发, 运用力学或 几何学的方法来分析。Stuard 等把织物看成了弹性
R
0
R
Mf ( 1P r) dr 2 r
( 3)
由于织物 的回复使织物的弯曲曲 率半径增大 $r , 就会有一段长度为 P $r 的织物由伸直变成弯曲 状态, 这部分织物消耗的能量 Ec f 为 Ec f = P dr R
0
Q Q
r
R
]
Mf ( 1Pr ) 2 dr r
( 4)
当织物半圆筒的曲率半径从 R 0 恢复到曲率半 径 R 时, 弹性能的变化量与摩擦所消耗的能量之差 即为对外所做的功 Wc s ,即 Wc s = E e ( R 0 ) - E e ( R ) - Ef ( R ) - Ec f 对能量 Ws 微分就可得到折皱回复力 F s , 即 F s = - d W sP d( 2 R ) = dWs 2d R ( 6) ( 5)
# 39 #
体, 对环状织物的压缩行为进行了分析 , 但是理论与 试验结果的差异较大
[ 5]
Ee ( R0 y R) = Ee( R0 ) - Ee ( R) = PR 0
。研究织物在折皱弯曲过程
中力与形变的关系 , 采用力的方法虽然可以给出精 确的解 , 但公式往往过 于复杂, 无法进行直接 的验 证 , 有些推导的公式实用意义也不大 。而利用 能量方法对织物的折皱弯曲进行分析能得出简单的 结果 , 便于分析与计算, 但有待改进和试验验证 。 从本质上讲 , 纺织纤维具有黏弹的性质, 但对于 某些弹性性能较好的织物如毛及毛涤织物, 如果受 到的折皱弯曲力不太大时, 织物主要表现为弹性体 性质 ( 产生的形变主要是弹性形变) , 这样则可以把 织物看成是一个具有内摩擦约束的弹性条, 其流变 模型由 1 个弹簧和 1 个摩擦元件并联组成 , 如 图 1 所示。假定织物的弯矩 M 和摩擦约束力偶 Mf 仅为 弯曲曲率 k 的函数 , 即: M = M ( k ) , Mf = Mf ( k ) 。考 虑织物在间隔为 T 的 2 个平行平面之间受 到挤压 至最小值 T 0 后, 在自身内部应力的作用下回复。 为简化计算 , 假定织物压缩后的轮廓为跑道型 , 即与上下压板的接触部分为直线 , 织物弯曲部分为 半圆形, 如图 2 所示。当然 , 半圆形弯曲需要一个纯 力矩 , 而此处的弯曲是由纯力引起的, 如此简化会带 来一 些 误 差, 不 过 由 此 引 起 的 误 差 仅 在 10% 以 内 。
试样 1# 2# 原料 成分 毛 70 P 涤 30 纯毛 组织 平纹 斜纹 线密度P tex 26 34 密度 P ( 根# ( 10 cm) - 1 ) 经向 224 330 纬向 193 256 面密度 P ( g#m - 2 ) 161 245 厚度 P mm 0 1 032 9 0 1 062 7 弯曲刚度 B P ( cN# cm 2# cm - 1 ) 经向 101813 161587 纬向 81054 131538 2L P ( cN# cm # cm - 1 ) 经向 201652 81430 纬向 31837 61424
A modeling approach to recovery properties of woven fabrics
SHI Fengjun, ZHENG Dejun