авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Исследование и прогнозирование ползучести иглопробивных нетканых материалов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Киселев Сергей Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОЛЗУЧЕСТИ ИГЛОПРОБИВНЫХ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность: 05.19.01 - материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна"

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор

Сталевич Аркадий Михайлович

доктор технических наук,

профессор

Макаров Авинир Геннадьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Шляхтенко Павел Григорьевич

кандидат технических наук,

доцент

Романова Алла Александровна

Ведущая организация: ООО институт технических сукон,

г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится "25" декабря 2007 г. в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.236.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна" по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 18, ауд.241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета, текст автореферата размещен в интернете на сайте http://www.sutd.ru .

Автореферат разослан "23 " ноября 2007 г.

Учёный секретарь диссертационного совета А.Е. Рудин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На современном этапе развития материаловедения производств текстильной и легкой промышленности, в связи с появлением и использованием новых материалов, особое значение уделяется всестороннему исследованию их механических свойств, а также прогнозированию деформационных процессов. Такого рода исследования способствуют разработке и производству новых видов материалов, в том числе и нетканых, обладающих заданными свойствами. Иглопробивные нетканые материалы занимают определенное место среди материалов текстильной и легкой промышленности. Выделение указанных материалов в особую группу продиктовано особенностью их макроструктуры, которую, в отличие от большинства других текстильных материалов, нельзя назвать упорядоченной. В то же время, целесообразность исследования механических свойств нетканых материалов определяется широкой областью их применимости. Технология производства нетканых материалов позволяет использовать все виды текстильного сырья, в том числе низких сортов, короткоштапельные и непрядомые волокна, а также волокна, регенерированные из лоскута и тряпья, что выгодно экономически отличает их от других видов текстильных материалов.

Достаточно большой группой нетканых материалов являются иглопробивные нетканые материалы. Некоторые области их применения: земляное, дорожное и железнодорожное строительство, строительство сооружений, аэропортов, дамб, набережных, туннелей, кровли, дренажа, искусственного дерна, теннисных кортов. Иглопробивные нетканые материалы применяются для защиты берегов, для сельскохозяйственных целей, в качестве арматуры в строительных материалах, в машиностроении - для деталей оборудования, покрытия труб, литых элементов, тепло- и звукоизоляции, фильтров, бумагоделательных сукон, полировального и абразивного фетра и т.д.

Для производства иглопробивных нетканых материалов используются все известные и создаваемые волокна, многие дисперсные, сыпучие, связующие вещества. Отдельно и в смесках применяются натуральные, искусственные, синтетические, минеральные, стеклянные волокна. Из синтетических волокон наибольшее применение находят полиамидные, полиэфирные, полипропиленовые волокна. Из натуральных волокон применяют хлопок и шерсть, дающую прекрасные результаты в иглопробивной технологии. Из искусственных волокон используют вискозу. Применяют различные новые и восстановленные волокна, моноволокна, филаментные нити.

Разработка методик исследования механических свойств и прогнозирования деформационных процессов иглопробивных нетканых материалов является актуальной задачей, решение которой способствует выпуску нетканых материалов, обладающих требуемыми вязкоупругими свойствами.

Цель работы состоит в разработке комплекса методик по определению характеристик ползучести и прогнозированию деформационных процессов иглопробивных нетканых материалов, а также в компьютеризации предложенных методик.

Основными задачами исследования являются:

– разработка методики количественного описания ползучести иглопробивных нетканых материалов на основе математического моделирования;

– разработка методик расчетного прогнозирования деформационных процессов для различных условий эксплуатации иглопробивных нетканых материалов, в частности, для процесса с циклическим чередованием различной нагрузки;

- модернизация научно-исследовательской аппаратуры для проведения экспериментов по изучению деформационных свойств иглопробивных нетканых материалов;

- разработка программного обеспечения на основе предложенных методик количественного исследования ползучести, а также расчетного прогнозирования деформационных процессов иглопробивных нетканых материалов.

Методы исследования. Теоретической и методологической основой исследования явились классические и современные научные представления, разработки и положения, применяемые в текстильном материаловедении с использованием закономерностей, изложенных в физике, физико-химии полимеров, механике и термодинамике. Используются также различные математические методы (интегральные уравнения, уравнения математической физики, численные методы, методы вычислительной математики и информатики и др.).

Научная новизна работы состоит:

- в разработке математической модели ползучести иглопробивных нетканых материалов;

- в разработке методик прогнозирования ползучести и деформационно-восстановительных процессов иглопробивных нетканых материалов;

- в исследовании разложения полной деформации и механической работы деформирования иглопробивных нетканых материалов на упругую и вязкоупруго-пластическую компоненты;

- в разработке методики определения спектра запаздывания иглопробивных нетканых материалов в рамках разработанной математической модели ползучести;

- в разработке программного обеспечения, соответствующего методикам численного определения параметров ползучести, а также прогнозирования ползучести и деформационно-восстановительных процессов иглопробивных нетканых материалов.

Практическая значимость и реализация результатов работы состоят в том, что:

- разработана измерительная аппаратура по исследованию деформационных свойств иглопробивных нетканых материалов (Патент на изобретение № 2251094 от 27.04.2005 "Устройство для испытания волокнистых материалов на растяжение", Патент на изобретение № 2255323 от 27.06.2005 "Устройство для испытания нитей на растяжение");

- разработано программное обеспечение для исследования механических свойств иглопробивных нетканых материалов и прогнозирования деформационных процессов (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612727 от 03.08.2006 "Прогнозирование процессов растяжения полимерных материалов при переменной температуре", Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612728 от 03.08.2006 "Прогнозирование процессов обратной релаксации полимерных материалов при переменной температуре", Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612729 от 03.08.2006 "Определение параметров наследственных уравнений нагруженных состояний полимерных материалов при переменной температуре", Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612730 от 03.08.2006 "Прогнозирование деформационно-восстановительных процессов полимерных материалов при переменной температуре");

- даны практические рекомендации по целенаправленному отбору образцов иглопробивных нетканых материалов, имеющих различное применение, в зависимости от их технических характеристик (поверхностной плотности, толщине, количеству проколов на единицу площади и др.) на основе спектрального моделирования ползучести.

Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедре сопротивления материалов Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна при чтении курсов "Деформирование ориентированных полимеров", "Релаксационные явления в конструкционных материалах" и "Механика химических волокон и композитов", при курсовом и дипломном проектировании.

Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (Н.Новгород, 2006), межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов: "Дни науки - 2005" и "Дни науки - 2006" (СПГУТД), а также на научных семинарах кафедры сопротивления материалов СПГУТД.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, среди которых два патента на изобретение и четыре свидетельства об официальной регистрации программ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы (174 наименований) и приложений. Основное содержание диссертации изложено на 147 страницах машинописного текста, иллюстрировано 42 рисунками и содержит 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе приводится обзор литературных источников и патентной литературы по вопросам исследования свойств иглопробивных нетканых материалов, как в Российской Федерации, так и в ближнем и дальнем зарубежье.

В нашей стране проблемой разработки, технологии производства и применения нетканых материалов занимались Бершев Е. Н., Нижебицкий О.Н., Барабанов Г. Л., Казарновский В. Д., Перевозников Б. Ф. и др.

В обзоре литературы отмечается, что иглопробивные нетканые материалы перспективны для повышения эффективности и снижения стоимости работ, например, при строительстве дорог, сооружений различного назначения и т.п. Поэтому необходимо развитие научных концепций и выработка практических рекомендаций по технологическому отбору материалов, созданию новых и совершенствованию существующих структур иглопробивных нетканых материалов. В первую очередь это относится к иглопробивным нетканым материалам на основе синтетических волокнистых отходов, которые представляют наибольший технико-экономический и экологический интерес в различных областях промышленного строительства.

В главе 2 предложены методики исследования механических свойств иглопробивных нетканых материалов. Указанные методики опробованы на типичных образцах такого материала - иглопробивных полотнах из полипропиленовых волокон "Пинема" (производства ОАО "Пинема", Беларусь, г. Пинск) с различными техническими характеристиками (поверхностной плотностью, толщиной, числе проколов на единицу площади, разрывными характеристиками и т.д.), которые приведены в табл.1.

Для проведения экспериментальных исследований в режиме ползучести были разработаны приборы: "Устройство для испытания волокнистых материалов на растяжение" (Патент на изобретение № 2251094 от 27.04.2005) и "Устройство для испытания нитей на растяжение" (Патент на изобретение № 2255323 от 27.06.2005). Указанные устройства являются модернизацией релаксометров деформаций и предназначены для проведения экспериментальных исследований в режимах, как простой ползучести (при постоянной нагрузке), так и в режимах многоступенчатых деформационно-восстановительных процессов с чередованием нагрузки и разгрузки. Универсальные зажимы, устанавливаемые на этих устройствах, позволяют проводить исследования не только на образцах нитей, но и на образцах тканей и нетканых материалов.

В результате проведенных серий экспериментов, для рассматриваемых материалов (табл.1) были получены "семейства" кривых ползучести (рис.1), которые перестроены в "семейства" кривых податливости (рис.2) на основе формулы

, (1)

где - деформация, зависящая от растягивающего усилия и времени ;
- податливость;
- площадь поперечного сечения образца;
- остаточная деформация, определяемая по деформационно-восстановительному процессу (рис.3, 4).

Таблица 1. Характеристики иглопробивных нетканых материалов "Пинема"

Характеристики Ед. изм. Пинема-160 Пинема-320 Пинема-400
Поверхностная плотность (ГОСТ Р 50277-92). г/м2 160 320 400
Толщина при нагрузке 2 кПа (ГОСТ Р 50276-92). мм 1,9 3,7 4,6
Допустимые отклонения по толщине (ГОСТ Р 50276-92) % ± 15
Прочность при растяжении (ГОСТ 15902) кН/м 2,5 5,6 7,8
Удлинение при разрыве
(ГОСТ 15902.3):
- продольное направление; 
- поперечное направление.
%

115
130


115
130


125
140
Удлинение при максимальной нагрузке (ГОСТ 15902.3):
- продольное направление;
- поперечное направление.
%
95
115

  95
115

100
115
Усилие продавливания (ГОСТ 15902.3);
Условный класс прочности по усилию продавливания.

Н

-

650

1

1500

2

1850

3
Количество проколов на м2 шт. 106 2·106 3·106

Микроструктура иглопробивного нетканого материала существенным образом отличается от микроструктуры синтетических нитей и тканей. Поэтому, для прогнозирования ползучести и деформационно-восстановительных процессов иглопробивных нетканых материалов нельзя без соответствующего анализа и расчетной проверки использовать математические модели, успешно применяемые для прогнозирования ползучести и деформационно-восстановительных процессов нитей и тканей.


Рисунок 1. "Семейство" кривых ползучести (Пинема-160, линии - эксперимент, точки - расчет по математической модели (2) - (6))

Рисунок 2. "Семейство" кривых податливости (Пинема-160, линии - эксперимент, точки - расчет по математической модели (2) - (6))

 Определение остаточной-11

Рисунок 3. Определение остаточной деформации по деформационно-восстановительному процессу с полной разгрузкой для растягивающего усилия (Пинема-160)

Рисунок 4. Зависимость остаточной деформации от величины растягивающего усилия (Пинема-160, Пинема-320)



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.