CC BY
194
УДК 677.011
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН МЕТОДОМ ДВУХОСНОГО РАСТЯЖЕНИЯ
О.А. Кучеренко1, М.С. Горбачевская2
Санкт-Петербургский государственный экономический университет (СПбГЭУ),
191023, г. Санкт-Петербург, ул. Садовая, 21
В статье проведен анализ существующих методов определения деформационных свойств трикотажных полотен. Предложен новый метод оценки деформационных характеристик полотен при двухосном растяжении и его применение для проектирования плотно облегающих изделий.
Ключевые слова: трикотаж, растяжимость, условие эксплуатации, метод, двухосное растяжение, проектирование изделий.
THE STUDY OF THE DEFORMATION PROPERTIES OF KNITTED FABRICS BY THE METHOD OF BIAXIAL STRETCHING
O.A. Kucherenko, M.S. Gorbachevskaya
St. -Petersburg state university of economics (SPbGEU), 191023, St. Petersburg, Sadovaya str., 21; In the article the analysis of existing methods for the determination of deformation properties of knitted fabrics. A new method of estimating the deformation characteristics of paintings under biaxial tension and its application to design tight-fitting products.
Keywords: knitted fabric, an extensibility, service condition, method, biaxial tension, designing products
Статья подготовлена в рамках реализации проекта 2.2.5 «Проведение научных исследований в сфере потребительских, таможенных и криминалистических услуг населению в рамках научно-образовательного центра «Технологии товароведческой, таможенной и криминалистической экспертизы» Программы стратегического развития ФГБОУ ВПО «СПбГЭУ» на 2014-2016 годы.
Сегодня все известные производители модной одежды имеют в своих коллекциях преобладающую долю изделий из трикотажа. Это связано с наличием широкого ассортимента трикотажных полотен, соответствующего современным требованиям к качеству, цветовому решению, волокнистому составу, деформационным свойствам, способного воплотить фантазию дизайнера, оставаясь доступным широкому классу потребителей.
Трикотажные изделия могут быть как сводными, образовывать различные складки и фалды, так и сильно прилегающими, подчеркивать и корректировать особенности фигуры человека. При проектировании для определения пределов заужения изделий необходимо учитывать растяжимость трикотажных полотен, позволяющую создавать заданную форму модели соответствующую не только эстетическим
требованиям, но и эксплуатационным, то есть не стеснять движения, не оказывать чрезмерного давления на тело человека. Существующие методики проектирования трикотажных плотно облегающих изделий, используют для заужения изделия отрицательные прибавки [1, 2] или коэффициенты [3], определяемые по величине растяжимости полотна при одноосном удлинении согласно ГОСТ 8847 [4]. Данный способ определения деформационных свойств не позволяет получать достоверные коэффициенты заужения конструкции изделия из полотен имеющих одинаковое значение растяжимости, но отличающиеся волокнистым составом. Как показывает практика, изделие, изготовленное из синтетического полотна, показывает удовлетворительные результаты примерки. Изделие, спроектированное тем же образом из полотна той же группы растяжимости, но имеющее в своем составе хлопчатобумажную пряжу, в процессе примерки показывает многочисленные дефекты конструкции.
Наиболее достоверные результаты определения удлинения трикотажных полотен соответствующие условиям эксплуатации плотно облегающих изделий могут дать методы, основанные на двухосном растяжении пробы.
1Кучеренко Ольга Анатольевна - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры Индустрии моды и красоты СПбГЭУ, тел.: +7 (921) 347 00 15, e-mail: [email protected];
Горбачевская Мария Сергеевна - аспирант кафедры Индустрии моды и красоты СПбГЭУ, тел+7 (911)715 96 89, e-mail: [email protected]
Существует метод [5] измерения деформационных свойств трикотажного полотна при двухосном напряженно-деформированном состоянии, изложенном в патенте ИИ 2444012. Метод заключается в том, что образец испытывают на стандартной разрывной машине, снабженной нагрузочным модулем. Определяют зависимость нагрузки от величины деформации (в виде кривых деформации). Для испытаний используют трубчатый образец, внутри образца располагают две пластины, ширина которых превышает ширину образца. Образец закрепляют вместе с кромкой одной пластины в тисках верхнего зажима, а в нижних тисках - с кромкой другой пластины и деформируют образец в продольном направлении при одноосном растяжении, сохраняя величину поперечной деформации при испытании постоянной, и определяют зависимость нагрузки от величины продольной деформации при заданной величине поперечной деформации. Метод позволяет производить оценку двухосного напряженно-деформированного состояния и выбирать величину двухосной деформации, которая обеспечивает заданный уровень напряженного состояния материала и уровень компрессионного давления на опорную поверхность. Недостатком данного метода является форма и способ нагружения пробы. Используемая проба имеет форму трубки, которую можно получить либо регулярным способом на кругловязальной машине, либо путем сшивания краев пробы. Наличие шва дает ограничения продольной деформации пробы. Способ нагружения образца в данном методе является последовательным, приводящим к перераспределению деформаций элементов структуры полотна в пробе. На это уже обращал внимание профессор Труевцев А.В. в работе [6], где описывал два способа на-гружения пробы материала: последовательный и одновременный. Установлено, что данные, полученные при последовательном и одновременном нагружении системы не совпадают, это связано с перераспределением петель и равновесием системы при разных способах испытаний. Таким образом, при всех указанных недостатках, способ не дает корректных значений деформации полотна при двухосном растяжении.
Испытательный стенд, способный обеспечить одновременное нагружение плоской пробы в продольном и поперечном направлении предложен профессором Труевцевым А.В., патент ИИ 2061239 [7]. Стенд состоит из квадратного стола, по краям которого расположены четыре растягивающих узла, каждый из которых состоит из нескольких зажимов с опорными элементами, установленными с возможностью скольжения по направляющей, параллельной соответствующему краю стола. Каж-
дый растягивающий узел снабжен индивидуальной нагружающей системой, выполненной в виде рамки для подвешивания грузов, расположенной под столом и соединенной с направляющей посредством трособлочной системы. Блоки закреплены на оси, параллельной направляющей, при этом стол выполнен регулируемым по высоте, и имеет средства для фиксации растягивающих узлов. В связи с особенностями конструкции, стенд подходит только для динамических испытаний, так как рамка, для подвешивания грузов, при испытании опускается со скоростью свободного падения, к тому же еще имеет свой собственный вес, что не позволяет работать стенду при малых нагрузках на систему. Квадратная проба материала, зафиксированная в зажимах по четырем сторонам, нагружается с помощью подвешивания грузов, таким образом, диаграмма растяжения будет представлять собой зависимость деформации растяжения от приложенного усилия (груза). На стенде невозможно смоделировать испытания, устанавливающие зависимость растягивающих усилий от деформации пробы, то есть решить обратную задачу, заключающаяся в деформации пробы на определенные величины поперечного и продольного удлинения, а затем замере растягивающих усилий.
На кафедре ИМиК СПбГЭУ разработан стенд для определения деформационных свойств трикотажных полотен при двухосном растяжении (рис.1,2), способный решить «обратную задачу», то есть производить испытания трикотажных полотен на растяжение методом постоянного удлинения (заявка № 2013135994/ 15(054016), дата подачи 30.07.2013г.). Удлинение пробы может осуществляться последовательно или одновременно со скоростью от 1 мм/с до 6 мм/сек, причем с различными величинами деформации по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Стенд способен осуществлять нагружение пробы в диапазоне от 1Н до 50 Н. Для определения остаточной деформации есть режим отдыха.
Корпус испытательного стенда (рис. 1,2) состоит из двух горизонтально расположенных друг над другом нижней (1) и верхней (2) прямоугольных рам, размерами 560 мм х 560 мм, состоящих из металлического уголка, и четырех цилиндрических стоек (3), длинной 700 мм, жестко закрепленных по углам верхней (2) и нижней рам (1); в нижних углах рамы (1) установлены опоры (4) с возможностью регулирования корпуса по высоте относительно его площадки (7), также выполненной с возможностью регулирования по высоте гайками (15) относительно опор (4). В центре основания (7) расположен зажимной узел (5), состоящий из двух пар зажимов (5) для исследуемого образца (21), каждая из которых выполнена с воз-
можностью движения по горизонтальной плоскости за счет соединения пары зажимов (5) с тянущими длинномерными связующими (6), которые, в свою очередь, проходят через направляющие блоки (9), расположенные посередине каждой из сторон нижней рамы (1). Одина из двух длинномерных связующих (6), относящаяся к паре зажимов (5), крепится через тен-зометрический датчик (8), имеющему функцию установки нуля для компенсации веса пары связующих (6). Другая связующая (6) крепится за крюк противоположной шпильки - тяги (10). Шпильки тяги (10) выполнены в виде цилиндрического тела, диаметром 3 мм и длинной 300 мм с резьбой М3 по всей поверхности, одним концом заканчиваются крюком, а другим проходят через отверстие в направляющих (11) , расположенных посередине каждой из сторон верхней рамы (2). Закрепляются шпильки тяги (10) с помощью шкив -гаек (12), выполненные в виде гайки М3 с пазом для пассика (14), накручивающиеся на шпильку тягу (10), от поворота которую, фиксирует устройство, представляющее собой планку (16), жестко прикрепленную гайками (17) к концу шпильки тяги (10), и имеющую возможность двигаться вертикально относительно фиксатора (18), который вставлен в паз планки (16) и выполнен в виде шпиля, крепящего к грани верней рамы (2), имеющего длину не менее половины стороны верхней рамы (2). На верней раме (2) распложено нагрузочное устройство в виде системы винт-гайка, которая состоит из прикрепленных к смежным направляющим (11) кронштейнов (19) и (20), установленных перпендикулярно к сторонам верхней рамы (2), и имеющих длину менее половины ее стороны, и располагающих на себе шкив - гайки (13) разной высоты, представляющие собой гайки М3 с двумя пазами, в которые вставлены пассики (14), соединенные с противоположными шкив -гайками (12), расположенные вдоль кронштейна (19) или (20).
Система пассиковой передачи вращения гаек нужна для равномерной нагрузки по взаимно перпендикулярным направлениям деформации пробы (21).
Зажимное устройство (рис. 3) сварной конструкции состоящее из корпуса (22), выполненного из металлического листа толщиной 2мм в виде скобы на треугольной площадке, с нижней стороны которой для компенсации массы зажимов расположены катки (28) на стойках (29). В скобу вставлена губка, представляющая собой прижимной брус (23), выполненная с возможностью дополнительной фиксации стороны образца в зажиме. При ослабленных нажимных винтах (27) брус (23) прижимается к верхней внутренней плоскости скобы с помощью направляющих возвратных
устройств, представляющих собой две пружины (24), расположенные на скобе по ее краям, сжимающиеся шайбой (25) с помощью шуру-па(26), закрученным через отверстие в корпусе зажима в прижимной брус (23).
Вначале работы осуществляется подготовка стенда к испытаниям, необходимо установить корпус стенда горизонтально по уровню регулированием опор (4), (фиг 1, 2), а также откорректировать основание (7) с помощью гаек (15) таким образом, что бы нижняя плоскость направляющих блоков (9), длинномерные связующие (6) в местах соприкосновения с нижней плоскостью направляющих блоков (9) и место крепления связующих (6) к корпусам зажимных устройств (5) находились на одной горизонтальной линии.
Далее осуществляется процесс фиксации пробы в зажимных устройствах (5), для чего тянущие длинномерные связующие (6) открепляют от корпусов зажимных устройств (5) и извлекают из центра площадки (7). Пробу трикотажа (21) (рис 1,2,3,4), размерами 110ммх110мм фиксируют в зажимном устройстве между прижимной губкой (23) и нижней плоскостью скобы корпуса (22) таким образом, что рабочая испытуемая поверхность составляет 100ммх100мм. Для этого ослабляют нажимные винты (27), тем самым позволяя прижимной губке (23) переместиться к верхней плоскости скобы корпуса (22), вследствие работы пружины (24), сжимаемой шайбой (25) с помощью шурупа (26), закрученным через отверстие в корпусе зажима в прижимной брус (23). Зажимной узел (5) (фиг 1,2) с фиксированной пробой (21) устанавливают на основание (7) в центр нижней рамы (1) . Длинномерные связующие (6) прикрепляются к корпусам зажимов
(5). После чего вращают шкив гайки (12), добиваясь горизонтального положения связующих (6) свободно относительно основания (7), затем пассики (14) накидывают на пазы шкив гаек (13) одним концом, а другим на противоположные шкив гайки (12) вдоль кронштейнов осей (19) и (20), далее включают тензометриче-ские датчик (8) и устанавливают ноль.
После произведенных настроек осуществляют вращение шкив гаек (13) (на фигурах двигатель не указан), из-за чего сдвоенные с ними пассиками противоположные шкив гайки (12) начинают накручиваться на шпильку тягу (10), планка (16), зафиксированная на шпильке тяге гайками (17), скользит по фиксатору (18), не давая проворачиваться шпильке тяге (10). Таким образом, противоположные шпильки тяги (10) изменяют свое вертикальное положение относительно направляющих блоков (9), тем самым, оказывают нагрузку на связующие
(6), изменение которой фиксируют тензометри-ческие датчики (8). Связующие (6) проходят
через направляющие блоки (9), тем самым обеспечивая перпендикулярное перемещение в разные стороны противоположных зажимов (5) относительно сторон нижней рамы (1), посредством их движения на катках (28) расположенных на стойках (29). Вращением одной из шкив гаек (13), изменяют величину растягивающего усилия, относящуюся только к паре зажимов, которую фиксирует тензометрический датчик (8). Величину деформации пробы измеряют мерной шкалой длинны, как расстояние между противоположными зажимами (5). Таким обра-
зом, пара зажимов работает изолированно друг от друга, что позволяет деформировать пробу с разными усилиями в продольном и поперечном направлении. Нагружающая система винт-гайка в сочетании с другими признаками стенда позволяет выявить малые значения деформации при двухосном растяжении начиная с 0,1 кгс, что необходимо для определения величины конструктивных прибавок и пределов заужения при проектировании плотно облегающих изделий.
а) б)
Рисунок 1 - Стенд для определения деформационных свойств полотна при духосном растяжении:
а) - вид сбоку; б) - вид сверху
величину заужения, необходимую для проектирования плотно облегающих изделий.
При проектировании трикотажных изделий продольное растяжение полотна изменяется незначительно относительно поперечного, но оказывает большое влияние на соотношение растягивающих усилий РХ,Ру, что делает необходимым, в том числе для упрощения дальнейшего анализа, зафиксировать продольную величину Ау для блока опытов, то есть в каждом блоке опытов установить одно значение величины продольного растяжения Ау, что позволит построить и проанализировать кривые деформации в трехмерной системе координат. При испытаниях, интервал т между концом испытаний и измерением деформаций должен составлять не менее 1 мин, то есть т > 1 мин., так как в первые 30 с ползучесть трикотажа наиболее эффективна по данным [6] , что делает необходим дождаться момента становления технического равновесия полотна, для исключения влияния кратковременной ползучести.
Блок опытов представляет собой три испытания одного полотна при постоянной Ау. Количество блоков опытов может быть неогра-
/7777777777777777П777777 Рисунок 3 - Зажим
При испытании трикотажного образца с целью определения нагрузки, необходимой для деформации пробы на заданную величину, получают четыре переменных: величина деформации образца вдоль петельных столбиков (Ау, см), величина деформации вдоль петельных рядов (Ах, см), величина усилия, необходимого для деформации образца вдоль петельных столбиков (Ру, кгс), а также величина усилия, необходимого для деформации образца вдоль петельных рядов (Рх, кгс). Переменные Ах,Ау, Рх, Ру будучи тесно связаны друг с другом, определяют деформационные свойства полотен, проанализировав которые, можно определить
ниченно, то есть блок опытов можно проводить при деформациях Ау =0%; Ау =5%; Ау =10% и т. д. или же с любым другим шагом Ау. Полученные в ходе испытай данные заносят в таблицу. После чего, с помощью математических формул, основанных на нахождение координат точек на отрезке прямой в пространстве, можно рассчитать коэффициенты, необходимые для проектирования изделий из полотен с разным волокнистом составом, но одной группы растяжимости, определяемой по [4], или, получив данные зависимости величины и напряжений деформации одного полотна -ой группы растяжимости, определить величину деформации при тех же напряжениях т-ой группы растяжимости, что позволить вычислить коэффициенты заужения конструкции, обеспечивающие такие же напряжения в готовом изделие, что и полотно -ой группы растяжимости, характеризующееся хорошей посадкой на фигуру человека при установленных деформационных усилий.
Для испытаний были выбраны эластичные трикотажные полотна, применяемые для изготовления плотно облегающих изделий. Характеристики полотен приведены в табл. 1.
Таблица 1 - Характеристика трикотажных полотен
Наимено- Поверхно- Растяжи- Волокни-
вание стная плот- мость, % стый со-
полотен ность, г/м2 (ГОСТ 8847) став
Бифлекс 80% ней-
250 43 лон, 20 эластан
Кулирная гладь 280 42 95% хлопок, 5% эластан
Кружевное 92% по-
170 77 лиамид, 8% эластан
Рисунок 4 - Кривые деформации полотен в трехмерном пространстве
Для большей наглядности графики удлинений выбранных полотен при двухосной деформации представлены на рис. 4 в трехмерной системе координат. В табл.2 приведены данные двухосного растяжения исследуемых полотен, где Ау - удлинение пробы вдоль пе-
тельных столбиков (0, 5, 10 % от начальной (зажимной) длины), Ах - удлинение пробы вдоль петельных рядов от начальной (зажимной) длины.
Таблица 2 - Деформационные характеристики трикотажных полотен
Наименование полотна Удлинение вдоль петельных рядов (Ах),% Нагрузка при растяжении вдоль рядов, р., Н Нагрузка при растяжении вдоль столбиков, Ру, Н
Ау=0% Ау=5% Ау=10% Ау=0% Ау=5% Ау=10% Ау=0% Ау=5% Ау=10%
Бифлекс 10,0 18,0 20,0 1,08 1,97 1,96 0,00 1,54 2,50
29,0 34,0 35,0 3,01 3,83 3,37 0,74 2,32 3,77
50,0 46,0 47,0 5,42 5,29 5,39 1,30 2,54 4,04
Кулирная гладь 10,0 18,0 20,0 1,08 1,97 4,38 0,00 1,54 3,28
29,0 34,0 35,0 3,01 3,83 7,56 0,74 2,31 4,81
50,0 46,0 47,0 5,42 5,29 11,44 1,30 2,54 7,16
Кружевное 10,0 18,0 20,0 1,37 2,41 3,04 0,00 1,25 2,44
29,0 34,0 35,0 3,60 4,01 4,31 0,48 1,81 4,01
50,0 46,0 47,0 5,56 5,31 5,55 0,96 2,37 3,95
При одинаковом поперечном удлинении проб, Ах, при одном и том же фиксированном значение продольного удлинения, Ау, образу-
ются различные значения напряжений вдоль рядов, р, и столбиков, Ру. С помощью формул определения координат точек на отрезке пря-
мой линии в трехмерной системе координат можно рассчитать усилия вызывающие деформации пробы Рх и Ру при любой деформации пробы Ах в рамках определенного значения продольного удлинения АуУдлинение вдоль петельных рядов (Ах) является ключевым показателем, влияющим на величину заужения проектируемого плотно облегающего изделия. В методике проектирования [3] для таких полотен, как бифлекс и кулирная гладь предложены одинаковые коэффициенты заужения изделий в связи с их почти одинаковыми показателями одноосного растяжения (табл.1) на основании одинаковой группы растяжимости по ГОСТ 8847. Рассмотрим, например, коэффициент Ксг3 (коэффициент заужения изделия по линии обхвата груди третьего), от которого зависит ширина построения сетки изделия по рассматриваемой методике построения конструкции с использование коэффициентов заужения изделия [3]. Для полотен, растяжимостью 41-45%, Ксг3 = 0,94. При такой величине заужения изделия в полотне бифлекс создаются силы Рх=0,65 Н и Ру =0 Н, а в полотне кулирная гладь Рх =0,85Н и Ру =0,2Н. Если сложить силы Рх и Ру по правилу сложения векторов получается, то что полотно бифлекс испытывает напряжения равное 0,65 Н, полотно кулирная гладь 0,76 Н. Для того, чтобы полотно кулирная гладь испытывало те же напряжения, что и полотно бифлекс, коэффициент заужения конструкции Ксг3 должен быть равным 0,96, при котором усилие поперечной деформации полотна будет равно Рх =0,63Н, а продольное Ру =0,15Н.
Коэффициент заужения конструкции Ксг3 для кружевного основовязаного полотна с растяжимостью 77% должен составить 11%, то есть Ксг3 = 0,89. Для такого удлинения силы достигают Рх=1,1Н и Бу =0Н, то есть почти в 2 раза больше чем у полотна бифлекс. Такая разница напряжений объясняется тем, что при определении удлинении кружевного полотна по стандартной методике проба шириной всего 50 мм подвергается нагрузке, равной 6 Н. Для кружевного полотна, представляющего собой неравномерное распределение уплотненной и сетчатой структуры, соотношение нагрузки к ширине пробы является критичной для точной оценки растяжимости полотна. Это подтверждается наблюдением за ходом испытаний на одноосное растяжение. В момент, когда на пробу действует нагрузка, равная 6Н, ширина пробы уменьшается с 50 мм до 20 мм. Коэффициент заужения конструкции Ксг3, при котором напряжения в кружевном полотне будут составлять 0, 65Н, равен 0,95.
Данные двухосной деформации полотна при у>0 используются при расчете коэффициентов заужения для изделий с фиксированным низом, когда продольные деформации значи-
тельны, и с учетом возникших напряжений в полотне требуется корректировка пределов поперечного заужения.
Предложенная методика определения деформационных свойств трикотажных полотен с использованием стенда двухосного растяжения позволяет более точно имитировать поведение различных по волокнистому составу и структуре трикотажных полотен в изделиях при различных режимах эксплуатации. Стандартный подход к определению величин за-ужения конструкции плотно облегающих изделий, основанный на величине растяжимости полотен, малоэффективен для проектирования, так как требует доработки конструкции макетированием. Использование предложенного стенда для определения деформационных свойств полотен позволяет более точно оценивать коэффициенты заужения изделия путем определения величины напряжений в полотне и возникающих удлинений создаваемых двухосными деформациями пробы.
Литература
1. Методические указания по конструированию женских плечевых изделий из трикотажа. Всесоюзный Дом моделей трикотажных изделий - М.:, 1983 - 136 с.
2 . Конструктивное моделирование одежды: учебное пособие для студ. высш. учеб. завед. / Е.Б. Булатова, М.Н. Евсеева - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 272 с.
3. Разработка концепции проектирования трикотажных изделий: монография./ Е.В. Коваленко, О.А. Кучеренко, А.В. Васильева, М.С. Горбачевская -СПб.: ИИЦ "Сервис", 2012.- 162 с.
4. ГОСТ 8847-85 «Полотна трикотажные. Методы определения разрывных характеристик и растяжимости при нагрузках, меньше разрывных»
5. Патент 2444012 ЯИ на изобретение, МПК 00Ш33/36 . Способ измерения деформационных свойств трикотажного полотна при двухосном напряженно-деформируемом состоянии / И.Г.Цитович, Н.В. Галушкина, Ю.Б. Спирина, А.Д. Панов; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина. -№2010154057/15; заявл. 29.12.2010, опубл. 22.07.2012.
6. Труевцев А.В. Теоретические основы проектирования параметров кулирного трикотажа и разработка технологических режимов его производства с учетом деформационных свойств нитей и полотен: диссертация доктора технических наук - СПб, 1998
7. Патент 2061239 ЯИ на изобретение. Стенд для определения деформационных свойств трикотажного полотна / А.В. Труевцев; заявитель и патентообладатель Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна.- №93000629/12; заявл. 06.01.1993, опубл. 27.05.1996
