Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Швейные


Технологии/Швейные/Расчетный метод прогнозирования прочности ниточных соединений

Расчетный метод прогнозирования прочности ниточных соединений

27 марта 2003
Технический текстиль №7, 2003

Беденко Вячеслав Ефимович
Полушкин Александр Адольфович

Возможность усовершенствования известных ранее расчетных методов появилась на основе выполненных авторами углубленных исследований прочности ниточных петель. Появление информации о фактической прочности ниток в момент нахождения их в швах, позволило уточнить представление о самом механизме нагружения и разрушения швов, о чём нами сделано сообщение в предыдущем выпуске журнала.

Предлагаемый расчетный метод и другие зависимости справедливы только для случаев разрыва шва по ниткам, его применение неправомочно для расчета швов, разрушающихся по ткани, а также при сильной раздвижке нитей ткани на линии строчки.

Для перехода от прочности ниток к прочности стежков и строчек, образующих шов, рассмотрим схему нагружения и разрушения ниток (рис. 1).

Равномерно распределённая нагрузка, передаваемая от зажимов разрывной машины к полоске ткани, на линии шва перегруппировывается и концентрируется в местах переплетения стежков, точнее, на их несущих звеньях. Чем меньше стежков в рабочей зоне, тем выше растягивающая нагрузка, приходящаяся на каждое несущее звено, и наоборот (рис. 1a). В результате растяжения образца со швом и нитки, и материал (кожа, ткань и др.) деформируются так, как изображено на рисунках рис. 1б и рис. 1в.

Поскольку узлы переплетений стежков оказываются, с одной стороны, наиболее нагруженными, а с другой, вследствие действия изгиба и смятия, они являются наиболее ослабленным местом в челночной строчке, то именно в них происходит разрушение. Если условно пренебречь неравномерностью распределения нагрузки между стежками, то с достаточной определенностью можно сказать, что прочность шва складывается из суммарной прочности несущих ниточных звеньев, находящихся в зоне нагружения, т.е.

Ршва ср. =  Р1зв. ·  n зв.   (1)

Исходя из этого, мы определили основную формулу для расчета прочности ниточного соединения, образующего шов с однорядной челночной строчкой:

Ршва ср = Р1зв. ·  n зв.    =  Рпетл.· β · (n ст.+ 1),   (2)

где:  Ршва ср. - ожидаемая средняя прочность (разрывная нагрузка) ниточного соединения ■ Р1зв. - ожидаемая средняя прочность (разрывная нагрузка) одного несущего элемента (звена) челночной строчки однорядного шва ■ n зв. - число несущих звеньев (узлов переплетений) ниток в зоне нагружения ■ n зв. = n ст. + 1■  n cт. - число стежков в зоне нагружения ■ Рпетл. - среднее значение разрывной нагрузки ниток, определяемой методом разрыва двух входящих друг в друга петель (см. рис. 2б) ■ β - среднее значение коэффициента сохранения прочности одного несущего элемента (звена) челночной двухниточной строчки (против исходной прочности ниток в петле, определённой на приборе).

Такой вид формула (2) приобрела вследствие допущения, выражающегося зависимостью:

Р1зв. =  β · Рпетл.   (3)

Формула (3) предполагает, что прочность одного несущего элемента строчки пропорциональна прочности ниток в петле (Рпетл.), определяемой на серийных машинах РМ-3 или РМ-30 по схеме, представленной на рис. 2б.

Эта корреляционная связь теоретически и практически была подтверждена в ходе широких исследований, проведенных в НИИ ниток Петронить.

Из анализа рисунков рис. 1a, рис. 1б, рис. 2б видно, что процесс растяжения на разрывной машине двух входящих друг в друга петель в значительной мере отражает (моделирует) нагружение и разрушение несущих элементов челночной строчки. На основе этого доказано, что прочность ниток в петле (Рпетл.) целесообразно использовать для расчёта Р1зв.

Введение коэффициента β вызвано тем, что хотя процесс испытания ниток петлями внешне очень похож на растяжение несущих звеньев челночной строчки в швах, усилие сопротивления разрыву их различно, а именно, разрывная нагрузка петли челночной строчки в швах на 31-49% ниже, чем в ходе испытания ниток на приборе петлями.

Такое существенное (на 31...49%) снижение может быть объяснено следующим комплексом причин: ■ потерей прочности ниток при пошиве ■ потерей прочности от неравномерности распределения нагрузки между стежками строчки (вследствие краевого и масштабного эффектов)  ■ потерей прочности от скольжения ниток в узлах переплетения (асимметричная нагруженность несущих звеньев)  ■ потерей разрывной нагрузки вследствие предварительной напряжённости ниток (при утяжке стежков) ■ потерей усилия от эллипсообразной формы стежка (от угла α между ветвями несущего звена ниток) ■ потерей от погрешностей раскроя и прострочки образцов, а также от перекоса  при закреплении  полоски ткани со швом в тисках разрывной машины при испытании.

Объективность предложенного метода расчета проверена путем испытаний практически всего ассортимента традиционных и значительного числа перспективных ниток. Швы выполнялись на нескольких видах текстильных и кожевенных материалов.

Данные таблицы, в которую сведены результаты испытаний, могут служить справочным материалом при практических расчётах, связанных с подбором нового ассортимента ниток, с прогнозированием прочности швов и с подбором рациональных параметров их выполнения.

Значение β для различных типономеров ниток и различных тканей  определялось экспериментально, путём деления средней фактической прочности на разрыв (Р1зв. факт) полосок со швом (естественно, пересчитанной на одно несущее звено), на среднее значение разрывной нагрузки, определённое методом разрыва двух входящих друг в друга петель (Рпетл. факт.), т.е.

β эксп. = Р1зв. факт / Рпетл. факт.   (3а)

Значения β эксп. для каждого отдельного типономера ниток довольно стабильны. Для ниток, существенно отличающихся структурой и волокнистым составом, они изменялись в диапазоне 0,51...0,75. Наиболее частыми для традиционных видов ниток характерны значения β эксп. = 0,60...0,65.

Для облегчения расчётов целесообразно воспользоваться также обязательными и факультативными нормативами ГОСТ 29122-91 «Средства индивидуальной защиты. Требования к стежкам и швам», которые предписывают конструкцию швов для основных групп изделий и тканей, вид строчек, частоту стежков, номера игл и др.

Ассортимент и типономера ниток, предписываемые действующим стандартом, оказываются нереальными к применению, так как подавляющее число типономеров хлопчатобумажных ниток снято с производства, другие виды ниток специального назначения также требуют замены  на более современные. Эту замену целесообразно осуществлять, воспользовавшись предложенным нами расчётным методом прогнозирования прочности швов.

В дополнение к сказанному выше непременно следует учитывать, что прочность на разрыв полоски ткани со швом при приложении растягивающего усилия в направлении, перпендикулярном линии строчки, и условии разрушения шва только по ниткам, является величиной нестабильной. Даже при строгом сохранении неизменными основных условий выполнения шва (вид материала, ниток, номер иглы, частота строчки и пр.) результаты испытаний имеют значительный разброс.

Исходя из этого, следует сделать вывод, что для надёжного прогнозирования прочностных характеристик шва, помимо среднего расчётного значения разрывной нагрузки, важно знать и учитывать интервал разброса.

На основе статистической обработки результатов испытаний установлено, что разрывные усилия отдельных полосок со швом подчиняются нормальному закону распределения. Коэффициент вариации Р1зв. для швов с различными видами ниток изменяется от 5 до 12%.    

Ожидаемый (с вероятностью 75...85%) интервал разброса (± δ) прочности одного несущего звена шва (и, соответственно, полоски со швом) для различных ниток различен и составляет ±10...±18%. Таким образом, целесообразно пользоваться формулой:

Ршва min < Ршва ср.< Ршва max,   (4)         

где  Ршва min = (1-δ)  · Р1зв. · n зв. =  (1-δ) · Ршва ср.   (5) ■  Ршва max = (1 +δ) · Р1зв. ·  n зв. =  (1 +δ) · Ршва ср. (6) ■  δ - ожидаемый интервал разброса (±0,10...±0,18).

Среднее расчётное значение прочности швов определяется по формуле (2). На основе результатов испытаний прочности ниток в петле, по формулам (1...6), имеется возможность рассчитать среднюю прочность одного несущего звена челночной строчки и швов, а также их минимальное и максимальное отклонения.    

Предлагаемый метод расчета отличается простотой и достоверностью, он легко реализуем, так как обеспечен стандартной приборной базой. Минимальное количество эмпирических коэффициентов делает его в значительной мере экспрессным. Применение этого метода расчета позволит многовариантно осуществлять процесс формирования качества швов на этапе их проектирования.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ