涤纶长丝纱的拉伸断裂计算机模拟与强力预测

论文摘要

纤维的拉伸断裂性能影响着纱线的断裂性能。本文以涤纶长丝纱为研究对象,用计算机模拟的方法对长丝纱的拉伸断裂过程进行模拟,并同时预测长丝纱的断裂强力。本文以研究涤纶单丝强力的离散性出发,用Weibull分布函数对组成涤纶长丝纱的单丝测试强力进行拟合回归分析,确定能够描述涤纶单丝强力的Weibull分布参数值。结果表明,测试的涤纶单丝强力值符合二参数的Weibull分布函数。由于涤纶长丝纱断裂的不同时性以及各单丝之间摩擦力的作用,长丝纱中某根单丝断裂时,在纱的轴向和横向上都有一定的影响。在长丝纱的轴向影响上提出临界长度的概念,并建立长丝纱临界长度的几何和数学模型,通过分析计算得到临界长度表达式,同时分析了影响长丝纱临界长度的因素,包括捻度、摩擦因数和单丝的线密度。在长丝纱的横截面上断裂负荷分配对预测强力值的影响极大。根据长丝纱的结构特点,本文采用平均应力分配法则和局部应力分配法则,并考虑临界长度,根据长丝纱的几何和力学性质建立长丝纱的断裂过程模型,通过Matlab编程对模型进行模拟和强力预测。结果表明用局部应力分配法则得到的预测值偏小且离散性大,而用平均应力分配法则得到的预测值与实测值较为接近。用平均应力分配法则和局部应力分配法则预测的长丝纱强力值均符合二参数Weibull分布,预测强力值随着捻度的增加呈由快至缓的增长。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状以及相关理论介绍
• 1.2.1 平行纤维束的强力预测
• 1.2.2 应力法和能量法
• 1.2.3 神经网络法
• 1.2.4 纤维强力的Weibull分布
• 1.2.5 临界长度和应力分配法则
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本文的创新点
• 第二章 涤纶单丝强力分布的统计模型
• 2.1 WEIBULL分布统计模型
• 2.1.1 Weibull分布的拟合表达
• 2.1.2 Weibull分布的回归分析
• 2.2 涤纶单丝强力测试及分布拟合
• 2.2.1 实验设计方案
• 2.2.2 数据结果及分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 涤纶长丝纱的临界长度
• 3.1 长丝纱临界长度的概念
• 3.2 涤纶长丝纱临界长度的计算
• 3.2.1 模型的假设
• 3.2.2 长丝纱中单丝残余应力的计算
• 3.2.3 单丝不同长度下的强力转换及首先发生断裂的条件
• 3.2.4 最外层单丝受力分析及临界长度的计算
• 3.2.5 第n-1层单丝受力分析及临界长度的计算
• 3.2.6 中心层单丝受力分析及临界长度的计算
• 3.3 涤纶长丝纱临界长度的程序计算
• 3.3.1 临界长度计算的数据准备
• 3.3.2 用Matlab计算长丝纱的临界长度
• 3.4 长丝纱临界长度的影响因素分析
• 3.4.1 长丝纱捻度对临界长度的影响
• 3.4.2 摩擦因数对临界长度的影响
• 3.4.3 单丝线密度对临界长度的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 应力分配法则和涤纶长丝纱的拉伸断裂模型
• 4.1 应力分配法则
• 4.1.1 平均应力分配法则
• 4.1.2 局部应力分配法则
• 4.2 涤纶长丝纱断裂模型的建立
• 4.2.1 涤纶长丝纱断裂模型的假设
• 4.2.2 涤纶长丝纱断裂模型的建立及计算算法
• 4.3 本章小结
• 第五章 涤纶长丝纱拉伸断裂过程模拟和强力预测结果与分析
• 5.1 涤纶长丝纱拉伸断裂过程的模拟流程
• 5.2 涤纶长丝纱断裂过程模拟结果
• 5.3 涤纶长丝纱强力预测结果
• 5.3.1 实测强力与预测强力的Weibull分布拟合
• 5.3.2 实测强力值与模拟强力值的比较与分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 本文的不足之处及未来研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 附录
• 致谢