1、 1 毕业设计 开题报告 纺织工程 小变形条件下复合纱织物的变形行为与力学性能研究 一、选题的背景、意义 服装用织物在日常被穿用的过程中，运动着的人体往往要对面料施加很多种力的作用。如胸背部、肘膝部位的面料要承受拉伸负荷、剪切负荷、弯曲和压缩等类负荷的作用，这些负荷的量值很小，通常称之为低负荷，即小变形条件下。在小变形条件下，服装面料会发生弯曲变形、剪切变形、拉伸变形、压缩变形以及它们的复合变性。面料在小变形条件下的变形行为将确定服装的穿着舒适性、成形性、手感等服用性能。 其中织物弯曲性能的研究最早可追溯到 20世纪 30年代，物理学家 Peirce首次对织物的力学性能做了初步研究，以一种弹性
2、纱线理论模型模拟了织物变形。此后几十年间，研究者大多从织物内部纱线的物理力学特征，通过大量的模型建立、检验、修正以及微观因素分析，研究织物弯曲性能，对织物的力学弯曲性能的产生及影响因素的认识已比较充分，进入 90年代以来，随着科学技术的不断发展以及检测手段和分析方法的不断更新，织物弯曲性能研究重点具有向弯曲的动态过程、三维立体性等现实特征的仿真研究方向发展的趋势，这也就使与织物弯曲特性相关的特征(如悬垂性、抗皱性及抗拱性等 )的研究得到更 深入发展，分析检测结果也更具客观性和可靠性。 纺织工业是我国国民经济的重要部门，纺织品是重要的生活必需品，是体现国家经济发展和人民生活水平的重要指标之一。随
3、着科技与社会的进步，纺织生产技术和纺织品品质不断得到提高和发展，人们对织物的服用性能也提出了更高的要求。而织物的拉伸、耐磨、剪切、弯曲等各项性能直接影响到织物的服用性能。作为最终用途的织物 (包括机织物、针织物以及各种非织造布等 )的损坏因素很多，其中最基本的就是拉伸、弯曲、剪切等损伤。因此研究纺织材料，包括纤维、纱线、织物的拉伸、弯曲、剪切等性能对纺织产品 的优化设计和提高纺织品品质有着重要意义。 二、相关研究的最新成果及动态 预测织物力学性能的研究已有很长历史，其指导思想都是由纱线参数和织物结构参数得到织物力学性能。一般是对织物结构作简化假设抽象出织物几何结构模型，运用纱线力学性能得到织物
4、力学性能。这些研究逐渐发展成为力法和能量法两大类方法，但在超出线弹性应变范围时该两2 类方法精确度差，且应用方法复杂，对各种模量范围内织物的适应性差 。 人工神经网络是最近发展起来的多学科交叉的前沿技术，它具有突出的学习自适应能力、容错能力、联想记忆能力等特征，目前已在纺织研 究中得到日益广泛的应用，如它成功地用于优化纺纱工艺、织物疵点识别、上染率的计算和服装加工生产等。人工神经网络模拟人脑结构和智能特点，由大量简单神经元构成，解决问题时不需要对象的精确模型仪需要大量的原始数据，通过其结构的可变性逐步适应外界作用，并挖掘出对象内在的因果关系，最终以一种不很精确的输入、输出值描述出来。 特别是在
5、织物弯曲性能的研究上，采用先进的测试手段及分析方法是近年来弯曲性能研究的方向，最突出的主要有计算机图象处理技术和模拟仿真技术等。 （ 1）计算机图象处理技术是指图象的编码、滤波、增强及复原等 处理，还包括图象的分析与识别。作为一种新型的处理手段，自 70年代应用于纺织测试以来，大体上经历了从简单参数的分析计算到立体织物的三维图象重建的发展过程。它可以直观地对织物弯曲变形的图象进行变换，提取特征指标信息。图象处理技术的应用使织物弯曲性能的研究取得了长足的进展。Y J Jeong和 D G Philips利用图象分析技术对织物的悬垂性进行了研究，分析了织物覆盖系数等参数对织物弯曲刚度的影响，并提出
6、了用指标悬垂一距离比表征织物悬垂特征，与实验结果有一定的一致性。图象分析技术不仅在织物的悬垂弯曲方面有所应用 ， Y G Na， Tae JinKang等人又将其应用于织物表面折皱的分析，并采用非常新颖的三维网格投影技术，提出了织物折皱变形的一种客观评价方法。德克萨斯大学的 B Xu也根据图象分析后的特征，提出了用折皱灰度表面积、阴影面积等指标对织物折皱进行评级。 目前图象处理对象大多是二维静态图象，而从近年织物变形弯曲性能的研究动态来看，还有许多动态图象要处理及从二维图象处理向三维图象重建发展，这将对图象处理技术提出更高的要求。 （ 2）模拟仿真技术是指遵循相似 (几何、环境及性能相似 )原
7、理，用模型 (物理模型或数学模型 )代 替实际系统进行实验和研究。织物模拟仿真技术起步虽晚，但发展较快。它根据所用模型的性质分有以下几种：一种是基于研究织物的物理特征，利用计算机技术模拟其真实效果，并进行分析、计算，为研究提供预测资料。它是以物理过程、几何尺寸、及环境条件相似为基础的仿真。 90年代以来，先后有 Van West， Collier， Tae Jin Kang等采用这种技术方法对织物弯曲特征进行仿真研究，为织物的弯曲性能的研究开辟了新思路。其中， Van West利用纯几何方法对双向织物在各种不同表面形状的支撑平台上的任意弯曲悬垂特征进行了图 形学模拟仿真，从中预测3 出织物中经
8、纬纱交织点处的弯曲表面的状态，从而决定了其中纱线纤维的取向及织物剪切变形的特征形态。另一种是应用性能相似、环境相似的原理，按照真实系统的数学关系构造系统的数学模型，并在数学模型上进行织物弯曲性能研究实验，从而达到预知织物弯曲性能特征的目的。它是普遍采用有限元方法对织物弯曲变形特征进行模拟计算，根据变分原理求解数学物理问题的数值计算方法，将连续体离散化成由有限个单元在节点处相连的组合体，以求解各种力学问题。Chen等人采用挠性壳状理论预测织物的悬垂状态就属于这种方法，他们将织物 看作是一种各向异性的连续体，充分考虑织物经纬向的杨氏模量、剪切模量和泊松比等特征参量，以有限元分析方法模拟预测，结果证
9、明此法具有高效性、实用性。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标 （ 1）课题的研究内容 了解复合纱线及其织物的构造方法及其结构特点； 掌握拉伸、弯曲、剪切等力学过程以及小变形条件下织物力学性能的测试、变形行为的描述及其表征理论； 以棉 /涤纶复合纱织物、棉 /氨纶复合纱织物及纯棉卡其织物为对象，以国产 YG026H-250织物强力仪和日本 KES 织物风 格仪为测试手段，研究其在拉伸过程的力学量特征；研究其小变形条件下受在拉伸、剪切、弯曲等作用后的变形行为及其力学性能； （ 2）研究方法和技术路线 研究方法： 以 YG026H-250织物强力仪为测试手段，
10、研究棉 /涤纶复合纱织物、棉 /氨纶复合纱织物及纯棉卡其织物在拉伸过程中的力学量特征及拉伸力学性能； 以日本 KES织物风格仪为手段，研究棉 /涤纶复合纱织物、棉 /氨纶复合纱织物及纯棉卡其织物在在小变形条件下，受拉伸、弯曲、剪切等负荷作用下的弹性恢复率等力学量特性； 通过上述实验，分析复合纱织物的力学性能的 影响因素，为复合纱线的设计提供理论基础。 技术路线：第一步，在教师指导下初步选题；第二步，搜集、阅读和整理相关资料，并撰写开题报告；第三步，证论与组织（拟写开题报告）；第四步，实验研究与分析；第五步，撰写毕业论文；第六步，毕业论文的修改与定稿。 4 （ 3）研究难点 对本课题的研究需要查
11、阅大量的资料，对实验数据要作出正确的判断，熟悉并熟练的使用KES风格仪。 （ 4）预计达到的目标 以棉 /涤纶复合纱织物、棉 /氨纶复合纱织物为对象，以纯棉卡其织物为比较对象，以日本的KES 风格仪为测试手段，研究其在小变形条件下 的拉伸、剪切、弯曲等力学行为及其弹性恢复率。 四、论文详细工作进度和安排 1 教师下达论文选题 2010.10.24-2010.11.5 2 毕业论文选题（确定选题），学生完成选题 2010.11.6-2010.11.22 3 老师正式下达毕业论文任务书、学生进行参考文献的查阅、完成外文翻译、文献综述、开题报告 2010.11.23-2011.1.10 4 学生完成
12、毕业论文的准备、初稿撰写 2011.2.1-2011.3.29 5 毕业论文中期检查 2011.3.30 6 学生毕业实习 2011.3.12-2011.5.2 7 毕业论文修改和定稿上交 2011.5.4-2011.5.12 8 毕业论文评阅 2011.5.13-2011.5.22 9 毕业论文答辩及成绩评定 2011.5.23-2011.6.3 10 二次毕业论文答辩 2011.6.5-2011.6.10 11 校级毕业论文答辩 2011.6.7-2011.6.12 五、主要参考文献 1 王府梅服装面料的性能设计（ J）中国纺织大学出版社 2000，（ 12）： 8 2 周建萍，陈晟织物风
13、格仪测试指标的分析及应用（ J） 现代纺织技术 2005，（ 6）： 37-40 3 孙炳合， 梅兴波， 王正伟 织物弯曲性能研究的动态和新方法（ J）上海纺织科技 2000（ 6）： 7-11 4 李旦，徐广标，罗锦，王康，王府梅 PTT PET双组分长丝织 物拉伸性能测试与分析（ J） 纺织学报 2009，（ 7）： 42-46 5 李旦，徐广标，赵立环，王府梅 PTT PET双组分长丝织物弹性性能测试与分析（ J）东5 华大学学报 2009， 8（ 3）： 430-435 6 WANG Fumei ， ZHAO Lihuan ， Q IN Li ， TAKATERA Masayuki P
14、roperty of PTT shape memory fabr ic andthe applica tion on clothing（ J） Journal of Xi an Polytechnic University 2009，（ 4）： 507-512 7 杨萍，于伟东 纱线和织物的弯曲刚度（ J）毛纺科技 2002，（ 1）： 8-12 8 石风俊，胡金莲织物的弯曲性能（ J）纺织学报 2005,（ 6）： 15-18 9 石风俊，郑德均毛涤织物弯曲行为研究（ C） 2006 中国国际毛纺织会议暨 IWTO 羊毛论坛论文集 2006，（ 11）： 141-145 10 蔡智勇纱线和织
15、物的弯曲性能研究（ J）湖南工程学院学报 2007（ 12）： 76-78 11 WANG Fu-mei， WU Xiong-ying Study on the Bending Properties of Woven Fabrics and Its Yarns（ J） Journal ofDong Hua University 2002（ 4）： 7-11 12 徐广标，王府梅，陈小萱精纺毛型织物剪切性能的实验研究（ J）纺织学报 2004（ 6）：34-36 13 徐广标，王府梅精纺毛型织物经纬向剪切刚度的探讨（ J）毛纺科技 2005（ 2）： 58-60 14 梅兴波， 顾伯洪 BP神经网络预测织物拉伸性能东华大学学报 2001，（ 3）： 64-67 15 苏婧劫，赵俐，庄勤亮 PTT混纺织物的设计开发（ J）毛纺科技 2010（ 1） :27-30
