本文摘要：摘要：研究不同結(jié)頭形式的拓撲數(shù)與其穩(wěn)定性的關(guān)系。利用ANSYS對編織結(jié)、盤頭結(jié)、反手結(jié)、反手結(jié)的受力情況進行模擬仿真，通過科學的量化表征為紡織生產(chǎn)工序提供結(jié)頭形式的指導。采用C14.8tex集聚紗進行打結(jié)試驗，通過島津AGS型材料試驗機測定種結(jié)頭的斷裂強
摘要：研究不同結(jié)頭形式的拓撲數(shù)與其穩(wěn)定性的關(guān)系。利用ANSYS對編織結(jié)、盤頭結(jié)、反手結(jié)、反手結(jié)的受力情況進行模擬仿真，通過科學的量化表征為紡織生產(chǎn)工序提供結(jié)頭形式的指導。采用C14.8tex集聚紗進行打結(jié)試驗，通過島津AGS型材料試驗機測定種結(jié)頭的斷裂強力和斷裂伸長等，并確保結(jié)頭都在最大應力點標記處斷開，以保證試驗數(shù)據(jù)的準確性;計算結(jié)頭的強力有效率和伸長有效率作為結(jié)頭穩(wěn)定性評價指標。經(jīng)對比分析，盤頭結(jié)的斷裂強力較高。認為：在紡織生產(chǎn)中可以多采用盤頭結(jié)的結(jié)頭形式以盡可能保證結(jié)頭的牢固程度，減小后續(xù)工序紗線斷裂的可能性。
關(guān)鍵詞：紗線結(jié)頭;拓撲結(jié)構(gòu);打結(jié)穩(wěn)定性;斷裂強力;仿真分析
“打結(jié)”是人類最古老的技術(shù)之一，是紡織生產(chǎn)中最常見的操作，結(jié)頭的形式影響其相對穩(wěn)定性。盡管人們已經(jīng)對打結(jié)技術(shù)研究了多個世紀，形成不同形式的結(jié)頭，在眾多領(lǐng)域廣泛應用。但是，對于紗線結(jié)頭形成的拓撲結(jié)構(gòu)和力學之間的相互作用仍然知之甚少。為此，本項目以紗線結(jié)頭為研究對象，從理論上研究結(jié)頭拓撲結(jié)構(gòu)與其相對穩(wěn)定性的關(guān)系，通過試驗方法驗證結(jié)頭形式與其牢度的關(guān)系，為紡織生產(chǎn)提出更加科學的打結(jié)方式。紡織生產(chǎn)中，在高速絡筒機上自動結(jié)頭技術(shù)得到了廣泛的應用。
隨著電子清紗器的廣泛應用，紗線上的疵點即可被切除，使得產(chǎn)品質(zhì)量得到了大幅度提高[2]。但同時這樣的技術(shù)也帶來了新的問題，結(jié)頭的質(zhì)量對后道工序的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量都有很大影響，紗線上增加了大量結(jié)頭，例如傳統(tǒng)的自緊結(jié)和織布結(jié)因結(jié)頭結(jié)構(gòu)及結(jié)頭尾部長度等因素的影響，對后道工序的生產(chǎn)及質(zhì)量也帶來了較多的問題。目前，國內(nèi)已有基于剛?cè)峤佑|動力學的打結(jié)器虛擬打結(jié)方法，利用ADAMS的Bushing連接建立動力學模型用于評價優(yōu)劣、保證打結(jié)器一次性制造成功。
國外已經(jīng)有學者通過變色光子纖維研究結(jié)的力學性質(zhì)。在現(xiàn)代紡織技術(shù)的發(fā)展過程當中，不同工藝流程下的不同結(jié)頭及其拓撲結(jié)構(gòu)影響著紡織品的質(zhì)量，我們可以利用拓撲結(jié)構(gòu)理論系統(tǒng)來研究紡織生產(chǎn)中結(jié)頭形式的穩(wěn)定性差異，指導紡紗、整經(jīng)、漿紗和織造等工序合理選擇結(jié)頭形式。因此，本研究對紡織過程中常用的種結(jié)頭形式進行了針對性試驗，對其斷裂伸長、斷裂強力、強力有效率、伸長有效率進行了分析，并利用ANSYS中的workbench模塊對不同結(jié)頭的受力情況進行模擬仿真，以驗證最終結(jié)論的正確性。
1結(jié)頭的三維建模
在進行實際的試驗操作前，首先建立編織結(jié)、盤頭結(jié)、反手結(jié)、反手結(jié)的三維模型，并利用ANSYS中的workbench模塊對其進行仿真受力分析，可以在一定程度上判斷出各個結(jié)頭的結(jié)構(gòu)及受力差異。由于結(jié)頭的分析屬于高度非線性模型，操作難度較大，因此，將結(jié)頭在一定程度上進行了簡化，將多股紗線簡化為單股圓柱形紗線，方便虛擬仿真試驗的進行。
2虛擬仿真測試
在workbench模塊中對試驗所用材料——棉進行參數(shù)填寫，若將模型具體至股線加捻纏結(jié)的受力分析[8]，該分析過程將會異常復雜，各股線間的關(guān)系也嚴重影響試驗結(jié)果的準確性，因此將多股線加捻模型簡化為單根紗線的受力分析模型。在model模塊中，在打結(jié)紗線的CD端施加Fixedsupport將其固定，AB端施加隨時間增長而恒速率增加的拉伸力，直至模型達到應力極限并斷裂。
3紗線結(jié)頭的力學試驗
對前期收集到的不同結(jié)頭形式的穩(wěn)定性進行量化統(tǒng)計10，采用C14.8tex集聚紗進行打結(jié)試驗，通過島津AGS型材料試驗機進行打結(jié)紗線的拉力試驗。為保證試驗數(shù)據(jù)的準確性，需要充分觀察結(jié)頭的斷裂位置，確保每種結(jié)頭的20組數(shù)據(jù)都在結(jié)頭最大應力點標記處斷開，以便后續(xù)對張力進行對比分析.
紡織技術(shù)論文投稿刊物：《紡織科技進展》是目前我國西南地區(qū)唯一一本綜合性紡織科技期刊，創(chuàng)刊于1979年，每期近30萬字，主要讀者對象為紡織及相關(guān)領(lǐng)域的企業(yè)管理人員、工程技術(shù)人員、科學研究人員及大專院校師生。
4結(jié)論
通過ANSYS進行紗線結(jié)頭斷裂的仿真試驗，得出初步結(jié)論后，利用島津AGS型材料試驗機測定純棉紗正常拉斷時的斷裂強力并與種不同結(jié)頭形式的斷裂強力、斷裂伸長進行對比，驗證仿真試驗的結(jié)果，最終可以得出以下結(jié)論。
(1)根據(jù)試驗結(jié)論及ANSYS的仿真結(jié)果，盤頭結(jié)的力學性能最佳，盤頭結(jié)的斷裂強力達原紗線的96.69%，斷裂伸長超過原紗線，根據(jù)ANSYS的力學受力圖不難得出，產(chǎn)生這種情況的原因是因為盤頭結(jié)的拓撲結(jié)構(gòu)比其他結(jié)頭形式更加穩(wěn)定，其拓撲數(shù)、股線交叉次數(shù)、股線扭曲的方向以及收緊扭結(jié)時相鄰股線的滑動方向都優(yōu)于其他種結(jié)頭。
(2)盤頭結(jié)作為紡織日常生產(chǎn)流程中常用到的結(jié)頭之一，有著優(yōu)異的斷裂強力與斷裂伸長，為斷頭后重結(jié)紗線的后續(xù)工藝流程提供了較高的保障，減少了結(jié)頭后續(xù)再斷的風險，推薦各企業(yè)在紡紗、整經(jīng)、漿紗和織造等工序使用該種結(jié)頭。
(3)不同的拓撲結(jié)構(gòu)對結(jié)頭的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的影響，盤頭結(jié)的性能優(yōu)異主要是由于其纏結(jié)數(shù)多于其他種結(jié)頭形式，所受拉力在主軸方向得到分散，從而減輕了結(jié)頭處的受力。
參考文獻：
[1]KLECKNERD,IRVINEWCreationandynamicsofnottedortices[J].NaturePhysics,2013,9(4):253258.
[2]劉德明國外紗線接頭技術(shù)發(fā)展動向[J].上海紡織科技,1983,11(11):43-46
作者：趙文銳賀秋森張婧怡馬雪劉建立
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