1、 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 纤维网线弯曲受力性状分析 学 院： 学生姓名： 专 业： 海洋渔业科学与技术 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 目 录 摘要 . 1 Abstract. 2 1.前言 . 3 2.材料与方法 . 3 2.1. 实验材料 . 3 2.2. 实验仪器 . 3 2.3. 实验条件 . 4 2.4. 实验内容 . 4 2.5. 计算公式 . 4 2.6. 实验方法 . 4 3.结果 . 6 3.1. 直线状态下纤维网线断裂强力的测量 . 6 3.2. 弯曲状态下纤维网线疲劳试验的断裂强力的测量 . 7 4.分析 . 17 4.1. 加载结强力五分钟 . 17
2、 4.2. 加载 卸载结强力十次 . 18 5.结论 . 18 5.1. 加载单线结强力五分钟不同圆轮直径对网线断裂强力的影响 . 18 5.2. 加载 卸载单线结强力十次不同圆轮直径对网线断裂强力的影响 . 19 5.3. 不同直径的聚乙烯网线断裂强力与圆轮直径的关系 . 19 致谢 . 19 参考文献 . 20 1 纤维网线弯曲受力性状分析 摘要 目前 ,我国人均耕地仅及世界人均耕地的 1/3,随着人口的不断增多 ,耕地资源的不断减少 ,要用占世界 7%的耕地养活占世界 22%的人口 ,矛盾非常严重和突出。渔 业资源作为农业资源的一个重要组成部分 ,将是确保我国食物安全保障体系的重要食品源
3、， 作为世界上主要的渔业国家之一，渔业在国民经济发展中具有重要的地位和作用。而渔具是渔业生产赖以实施的工具，网具的质量和性能，在很大程度上决定于材料的技术特性和网具制造工艺的准确性、合理性，不同的网具、针对不同的作业要求具有各自独特的材料选择要求。 聚乙烯（ PE）纤维绳索，因其质轻、柔韧及高破断拉力等诸多特点 ,可广泛应用于牵引、起吊、系泊等绳索用途，对传统绳索的更新换代更具潜力。针对网线重复性应用特点，探讨了 PE 纤维网线的抗疲劳特性。 结果表明， PE 纤维网线经受加载 卸载的拉伸疲劳试验后，其破断拉力呈现显著提高的现象。 本文试图以常用的纤维材料（聚乙烯 PE）为研究对象，经过样品采
4、集，对纤维样品做不同程度的弯曲处理，分别在网线结节断裂强力作用下加载持续五分钟和迅速加载 卸载十次，做疲劳试验，然后进行纤维网线的断裂强力的测试实验，探讨（聚乙烯PE）抗疲劳特性，为渔用网线的选用提供数据参考，为渔网工艺的不断改进和发展提供理论基础。 关键词 聚乙烯 纤维网线 疲劳 断裂强度 弯曲 2 The analysis of mechanical properties of curved fiber cable Abstract At present, Chinas per capita arable land is only the worlds arable land per ca
5、pita 1/3. As the population continues to increase and arable land resources decrease, making use of the 7 percent of the worlds arable land to support the 22 percent of the worlds population. It is very difficult. Fisheries resources as an important component of agricultural resources, will be an im
6、portant food source to ensure that our food system safe, as one of the worlds major fishing nations, fisheries play an very important role in national economic development. Fishing gear is the implementation tools of fishery production. The quality and performance of the nets depends on the technica
7、l characteristics of the material and network with the accuracy of the manufacturing process, rationality, different nets for different operating requirements to have their own unique material selection requirements. Polyethylene (PE) fiber cables, because of its lightweight, flexible and high break
8、ing force and many other features, can be widely used in traction, lifting, mooring cable use, the replacement of the traditional cable more potential. Searching the anti-fatigue pcablerties of the PE fiber cables for the characteristics of its often usage. The results show that the PE fiber cables
9、subjected to load - unload tensile fatigue test, the breaking force showed a significant phenomenon. This paper attempts to use fiber materials (polyethylene PE) for the target, after sample collection, the fiber samples with different degrees of bending processing, cable nodules breaking strength u
10、nder load for five minutes and quickly load - ten times to uninstall, do the fatigue test, and then make the fiber cables breaking strength test experiment to explore (polyethylene PE) anti-fatigue pcablerties, and to provide reference data for the selection of fishing cable, the process of continuo
11、us improvement of fishing nets and the progressive development of the theory foundation. Keywords PE fiber cable fatigue fracture strength curved 3 纤维网线弯曲受力性状分析 1. 前言 网具因其特殊的结构形式在水产、建筑等行业获得了广泛的应用。特别在现 代 化海洋渔业中，网具已经成为我们不可或缺的生产工具。网具的精确制作工艺和合理使用，很大程度上决定了渔业生产的效益。海洋捕捞作为 我国 一种传统的渔业生产方式 , 随着渔船动力化、大型化、现代化 ,
12、 捕捞技术的 提高 , 直接决定着海洋渔业的发展方向 。其中 , 渔具材料的更新换代以及物理性能、渔用适应性能的不断提高 , 为捕捞渔具的大型化和高效率提供了有利条件。 合成 纤维的品质 关乎着渔具的性能，它 是指对纤维制品的使用价值 中 有决定意义的许多指标的总 称 ， 反映 合成 纤维品质的主要指标有物理性能指标，包括纤维的长度、细度、比重、光泽、吸湿性、热性能、电性能等；机械性能指标，包括断裂强度、断裂伸长、初始模量、 耐磨性、延伸 性、耐 疲劳性、耐候性 等；稳定性能指标，包括对高温和低温的稳定性、对光大气的稳定性、对化学试剂的稳定性及对微生物作用的稳定性等；加工性能指标 ， 包括纤维
13、的抱合性，起 静电性和染色性等 。渔用纤维材料在网具制造中具有十分重要的地位。网具的使用性能、使用寿命和经济效益与纤维的 种类 和纤维的 品质 密切相关，要制造出 适合渔业生产需要的网具，就必须对各种纤维材料有一定的了解。目前已知的合成纤维有数十种，在国内外渔业上得到应用的有以下七类：聚酰胺 (PA),聚乙烯 (PE),聚丙烯 (PP),聚酯 (PES),聚氯乙烯 (PVC),聚乙烯醇 (PVA)和聚偏二氯乙烯 (PVD)。在上述这七类合成纤维中，在我国渔业上应用最为普遍的是聚乙烯、聚酰胺和聚丙烯类，其它几类应用 很 少。对于纤维网线，生产商所提供的 技术指标，通常都是网线干态下直线的断裂强力
14、，然而网线在使用过程中并非全部为直线状，而是经常要承受外力多次拉伸和多次弯曲，在这种多次反复载荷作用下，网线内部结构恶化，这就造成网线“疲劳”，从而引起网线一些物理性能的改变，因此对网线来说只提供直线状态下的断裂强力的数据是不够的，本次实验通过测量纤维网线不同弯曲程度下在单线结强力值作用下做疲劳试验后的断裂强力，提供聚乙烯纤维网线在弯曲状态下的初步技术指标，为各种索具的合理选用提供数据参考，有关这方面的研究才会更有实用意义。 2. 材料与方法 2.1. 实验材料 本次实验所用到的 材料为聚乙烯 PE 网线：直径分别为 1.30mm(36tex 6 3)、1.55mm(36tex 8 3)、 1
15、.95mm(36tex 12 3)、 2.20mm(36tex 15 3)、 2.50mm(36tex20 3)。 2.2. 实验仪器 (1).织物强力机：型号 YG026-500,量程 5000N，最小刻度 5.0N,用于网线疲劳试验及测量网线的断裂强力。 (2).直尺、游标卡尺：用于测量纤维网线的长度和直径以及圆轮直径。 4 (3).电子秤： 型号 BS210S，量程 210g，精度为 0.1mg， 用于称量纤维网线的 重量 。 (4).秒表：用于计时。 2.3. 实验条件 (1).实验室：保持标准大气压条件（温度为 20 2，相对湿度为 65 2% ）。 注：在不能达到标准大气的试验室进
16、行测试时，需记录当时的温、湿度。 (2).样品长度：长度为 500 1mm。 (3).实验要求：试样应随机取样。试样应取自绞线，并须保持结构状态不变。 (4).试样状态：干态，在标准大气的试验室内，将试样放置 24h 以上。 2.4. 实验内容 (1).不同规格的聚乙烯纤维网线的单线结强力； (2).不同规格的聚乙烯纤维网线的直径和线密度的测量； (3).不同规格的聚乙 烯纤维网线断裂强力的测量。 (4).不同规格的聚乙烯网线在不同的圆轮直径下加载 卸载该规格聚乙烯单线结强力十次后的断裂强力的测量。 (5).不同规格的聚乙烯网线在不同的圆轮直径下持续加载该规格聚乙烯单线结强力五分钟后的断裂强力
17、的测量。 2.5. 计算公式 （ 1）断裂强力： iFnF (1) 式中： F 平均断裂强力（ N） Fi 每根试样断裂强力 (N) n 试验次数。 （ 2）标准差： 21iFFnS (2) （ 3）变异系数 C=S/F (3) 2.6. 实验方法 2.6.1 直线状态下网线断裂强力的测量 (1).设定隔距长度和拉伸速度：如下图所示，将上下两个夹钳的距离设定为 200 5mm，再把试验机的拉伸速成率为 300 10mm/min。 (2).夹持试样：将网线试样在绕在两个夹钳的轴承上，然后用夹钳将其夹紧。 (3).实验测定：开启试验机（织物强力机），拉伸试样至断裂，记录断裂强力 (单位： N)。
18、(4).数据记录：如果网线试样在钳口处滑移，或在钳口中和钳口边缘断裂，或实验结果明显低于这一组的平均值时，则必须舍弃这个实验结果，另加实验以得到十个“正常值”。 5 图 2-1 直线状态下网线强力测量示意图 Fig 2-1 cablear state cables strength measurement schematic 2.6.2 网线单线结强力的测量 (1).设定隔距长度和拉伸速度，将上下两个夹钳的距离设定为 200 5mm，再把试验机的拉伸速成率为 300 10mm/min。 (2).夹持试样：先将网线试样一端绕在上夹钳的轴承上夹紧，然后在拉伸段打个单线结，再将网线另一端绕在下夹钳轴
19、承上夹紧。 (3).实验测定：开启试验机（织物强力机），拉伸试样至断裂，记录断裂强力 (单位： N)。 (4).数据记录：正常情况下网线都断在结节处，如果网线试样在钳口处滑移，或在钳口中和钳口边缘断裂，则必须舍弃这个实验结果，另加实验以得到十个“正常值”。 2.6.3 弯曲状态下网线疲劳试验后断裂强力的测量 如下图所示，在步骤（ 1）的基础 上，将仪器调节至正常状态，使上下夹钳间的距离为200mm 左右，将试验机的下夹钳套上直径为 1.10mm 的圆轮并用两块铁片固定住，然后将网线试样绕过圆轮，把网线的两端对齐拉紧夹持在织物强力机的上夹钳中，并加载该规格单线结强力 5 分钟，然后卸载之后立即将
20、其拉伸至断裂，记录十组数据，若 网线试样在钳口处滑移，或在钳口中和钳口边缘断裂，则必须舍弃这个实验结果，重新加做一组 。然后依次把圆轮直径换为 1.80mm、 2.00mm、 2.36mm、 3.30m、 5.00mm、 6.00mm，并记录好相关实验数据。然后用不同规格聚乙烯网线 依次实验。然后在相同的步骤下把加载该规格单线结强力五 分钟换成加载 卸载单线结强力 十 次，记录好试验相关数据。 6 图 2-2 弯曲状态下网线强力测量示意图 Fig 2-2 the curved state cables strength measurement schematic 3. 结果 纤维 网线为细长体
21、，其受外力作用后经常只发生纵向的拉伸变形（即伸长），但也 会受到弯曲、压缩、摩擦和扭转作用，产生不同的变形。 所以强度和伸长是网线拉伸时所表现的主要机械性质，这些性质对渔具的强度、变形和渔获率都有着直接的 关系，同时也是评定材料质量的主要指标。网线在小于断裂强力的载荷作用下，作“加载 卸载”多次试验，每次循环都会出现一部分塑性伸长，其中包括一部分短时间松弛而没有恢复的弹性伸长。随着伸长积累，导致网线结构松散，纤维间联系减弱，呈现疲劳现象。 3.1. 直线状态下纤维网线断裂强力的测量 网线的粗细程度叫称为粗度（或细度），在网线技术性能规格表格中，网线粗度是一项重要的技术指标。对于网线而言，表示粗
22、度最适合的指标是线密度，即纤维 1000 m 的质量克数，其单位为 tex，本次实验所用到的纤维网线的技术指标如表 3-1 所示。 表 3-1 不同规格的纤维网线的直径和线密度 Tab. 3-1 The diameters and cablear densities of different size of fiber cables 种类 规格 公测直径 (mm) 实测直径（ mm) Rtex 实测值 PE 36tex 6 3 1.30 1.36 787 36tex 8 3 1.55 1.48 804 36tex 12 3 1.95 1.88 1476 36tex 15 3 2.20 2.09
23、 1644 36tex 20 3 2.50 2.43 2232 在标准大气压条件下（温度为 20 2，相对湿度为 65 2%），分别取直径为 1.30mm、1.55mm、 1.95mm、 2.20mm、 2.50mm 的聚乙烯纤维网线干态试样，按照 2.6.1 的实验步骤，在等速伸长强力试验机上作拉伸试验，测得其断裂强力。用牛顿（ N）表示。取有效测定 10次的算术平均值。测量结果如表 3-2 所示。 7 表 3-2 直线状态下聚乙烯网线的断裂强力 Tab.3-2 The breaking force of Polyethylene cablear cables 断裂强力（ N） 直径（ mm
24、） 直径 (mm) 1.36 1.55 1.95 2.20 2.50 1 293 308 480 592 680 2 294 310 483 596 682 3 294 312 485 594 684 4 296 306 478 591 681 5 290 310 481 592 683 6 292 306 482 590 682 7 297 311 484 596 678 8 294 307 482 594 680 9 292 309 484 593 684 10 296 312 486 594 682 平均 值 293.8 309.1 482.5 593.2 681.6 在标准大气压条件下
25、（温度为 20 2，相对湿度为 65 2%），分别取直径为 1.30mm、1.55mm、 1.95mm、 2.20mm、 2.50mm 的聚乙烯纤维网线干态试样，按照 2.6.2 的实验步骤，在等速伸长强力试验机上作拉伸试验，测得其结强力。用牛顿（ N）表示。取有效测定 5 次的算术平均值。测量结果如表 3-3 所示。 表 3-3 直线状态下聚乙烯网线结节断裂强力 Tab 3-3 The breaking force of Polyethylene cables nodule 断裂强力（ N） 直径（ mm） 1.30 1.55 1.95 2.20 2.50 1 226 232 338 412
26、 520 2 226 230 336 412 521 3 227 231 338 410 522 4 225 230 337 411 520 5 226 232 336 410 522 平均值 226 231 337 411 521 3.2. 弯曲状态下纤维网线疲 劳试验的断裂强力的测量 3.2.1 弯曲状态下聚乙烯网线加载单线结强力 五 分钟后的断裂强力的测量 在标准大气压条件（温度为 20 2，相对湿度为 65 2%），按照 2.6.3 的实验方法，分别测量出不同直径的聚乙烯网线在不同的圆轮直径下疲劳试验后的断裂强力，实验结果如表 3-4 至 3-8 所示，并将结果绘制出相应的曲线图。 表
27、 3-4 直径为 1.30mm 时的聚乙烯网线的断裂强力 Tab.3-4 The breaking force of 1.30mm polyethylene cable 8 断裂强力（ N） 轮 径（ mm） 1.10 1.80 2.00 3.30 5.00 6.00 1 410 470 486 572 640 652 2 412 472 488 571 632 653 3 410 466 482 573 633 654 4 416 468 481 568 635 655 5 406 471 480 576 638 652 6 414 472 483 573 633 650 7 414 470
28、 485 570 630 652 8 410 468 486 573 634 650 9 414 470 488 566 631 654 10 412 476 483 573 635 654 平均值 411.8 470.3 484.2 571.5 634.1 652.6 图 3-1 直径为 1.30mm 的聚乙烯网线的断裂强力与圆轮直径的关系曲线 Fig.3-1 The relational curve between the breaking force of 1.30mm polyethylene cable and diameter of the circle 表 3-5 直径为 1.55mm 的聚乙烯网线的断裂强力 Tab.3-5 The breaking force of 1.55mm polyethylene cable 断裂强力（ N） 轮径（ mm） 轮径（ mm） 1.10 1.80 2.00 3.30 5.00 6.00 1 464 515 528 576 614 632 2 468 508 526 578 616 633 3 452 510 524 572 614 634 4 456 512 530 571 614 634 5 466 514 533 574 610 638 6 465 512 526 572 614 631
