Geum.ru
   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим наукам

Теория и методы проектирования объемных малошовных оболочек с триаксиальной и мультиаксиальной структурой

Автореферат докторской диссертации по техническим наукам

  СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
 Страницы: | 1 | 2 | 3 |
 

АВРИС Екатерина Васильевна

ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕМНЫХ МАЛОШОВНЫХ ОБОЛОЧЕК С ТРИАКСИАЛЬНОИ И МУЛЬТИАКСИАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ

Специальность 05.19.04 Технология швейных изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2011


Работа выполнена в Московском государственном университете

дизайна и технологии на кафедре Художественного моделирования,

конструирования и технологии швейных изделий

Научный консультант:а доктор технических наук, профессор

Андреева Елена Георгиевна

Официальные оппоненты:аа доктор технических наук, профессор

Кирсанова Елена Александровна

доктор технических наук, профессор Юхин Сергей Семенович

доктор технических наук, профессор Сурженко Евгений Яковлевич

Ведущая организация:а Ивановская государственная

текстильная академия

Защита состоится л21 декабряаа 2011 г. в 13:30 часов наа заседанииа диссертационного совет Д212.144.01 в Московском государственномаа университетеаа дизайнаа иаа технологииа поа адресу: 115035, Москва, ул. Садовническая, д. 33, стр.1.

Саа диссертациейаа можноаа ознакомитьсяа ваа библиотекеа Московского государственногоа университета дизайнаа иа технологии.

Автореферат разослан л___ ______________ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.144.01а Зарецкая Г.П.

2


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ




Актуальность темы. Необходимость реализации инновационной стратегии развития России ставит перед швейной промышленностью заданчи, решение которых требует разработки новых высокоэффективных манлооперационных технологий и перехода на новый уровень производства текстильных изделий. Задача расширения области применения текстильнных изделий находится в рамках одного из основных направлений иннованционно-ориентированных целевых фундаментальных исследований госундарственной корпорации Ростехнологии: Фундаментальные исследованния по созданию новых материалов с градиентными и уникальными физинко-механическими свойствами.

Применение швейных изделий, как оболочек, в настоящее время вынходит за рамки легкой промышленности. А требования активно развиваюнщегося рынка спецодежды и композиционных материалов на тканой оснонве определяют не только особенности конструкции изделия и технологии его изготовления, но и необходимость обеспечения ряда специфических свойств, таких как строгое соответствие заданной внешней форме, отсутнствие швов, двусторонность, устойчивость к деформационным разнонанправленным нагрузкам, изотропность или, наоборот, градиентность свойств и других. Реализация таких требований может быть осуществлена благодаря использованию особых переплетений нитей и созданию оболончек с минимальным числом швов. Однако существующие технологии изнготовления цельнотканых оболочек не могут обеспечить ни малошовности объемных оболочек сложных форм, ни заданной анизотропии или изонтропности свойств, что определяет актуальность разработки принципиальнно новой технологии изготовления малошовных оболочек сложных форм с заданными уникальными свойствами.

Эксплуатация специальной одежды и изделий из технических текнстильных материалов может осуществляться в особо сложных условиях, что формирует потребность в новых малошовных и бесшовных оболочках, характеризующихся следующими факторами: увеличивающейся сложнонстью их промышленного изготовления, значительной ответственностью выполняемых функций, повышенными требованиями к качеству изделия и его свойствам. В связи с этим в основе теоретических аспектов разработки методологии изготовления принципиально новых малошовных оболочек сложных форм должна лежать система надежности, а сложное текстильное изделие следует рассматривать как техническое устройство с учетом комнплексного и системного подхода к его проектированию.

3


Одним из распространенных на сегодняшний день способов полученния малошовных оболочек является производство нетканых изделий, имеющих широкий спектр применения, как в одежде, так и в технических изделиях, однако они обладают одним существенным недостатком: необнходимо изготовление форм внешнего вида для каждого отдельного образнца. Помимо этого, из-за отсутствия сетчатой структуры, не достигается присущая ткани формоустойчивость, что ограничивает ассортимент изденлий.

Методы изготовления цельновязанных изделий позволяют получить трикотаж, который обладает анизотропией свойств, а также плохо сопронтивляется деформационному воздействию и накапливает остаточную часть деформации, что ведет к потере изначально заданной формы и ухудшению внешнего вида изделия.

Повысить надежность текстильной оболочки, а именно устойчивость к различным видам деформационных воздействий, можно при условии пронектирования и изготовления оболочки с максимально устойчивой структунрой, каковой является тканая. Таким образом, для удовлетворения требонваний, предъявляемых к объемным малошовным изделиям как бытового, так и технического назначения, целесообразно использовать тканые обонлочки. Однако существующие методы проектирования тканых оболочек не получили широкого применения из-за таких недостатков, как неравномернность структуры и невозможность резкого изменения кривизны поверхнонсти создаваемой объемной оболочки.

Использование ткацких переплетений, состоящих из двух систем нинтей, в малошовных оболочках характеризуется тем, что четырехугольная элементарная ячейка ткани является достаточно подвижной, легко дефорнмируемой под внешним воздействием. Для уменьшения изменения сетенвых углов целесообразно ввести третью систему нитей, тем самым, полунчая элементарные ячейки треугольной формы, являющиеся более устойчинвыми, что подтверждено как теоретическими, так и экспериментально, благодаря сравнительным испытаниям тканей с двух- и трехниточными переплетениями. Введение четвертой и последующих дополнительных систем нитей в структуру ткани позволит снизить анизотропию свойств и повысить устойчивость к деформационным воздействиям. Поэтому при разработке новых методов проектирования и изготовления малошовных тканых изделий эффективно использовать модифицированные виды перенплетений, обладающие минимальной анизотропией свойств. При этом вве-

4


дение модифицированных видов переплетений требует детального исслендования их свойств, как в плоских тканях, так и в объемных оболочках.

Объемные малошовные оболочки являются трехмерными объектами, поэтому для их проектирования не подходят традиционные методики коннструирования, основанные на аппроксимированном построении разверток поверхностей. Разработка метода проектирования, все этапы которого осуществляются в трехмерном пространстве, позволит создать малошовнную объемную оболочку строго заданной внешней формы, а также в пернспективе автоматизировать процесс проектирования и изготовления тканных изделий сложных форм.

Проведенные исследования выявили проблему создания малошовных оболочек сложных пространственных форм, обладающих заданной анизонтропией или изотропностью свойств, строгим соответствием проектируенмой форме и равномерностью структуры с целью обеспечения высокой эксплуатационной надежности изделий. Данная проблема требует радинкальных инновационных решений, базирующихся на глубокой проработке теоретических аспектов проектирования и изготовления малошовных обонлочек, обладающих особыми свойствами, которые являются новыми как для швейной отрасли, так и для областей, где в перспективе будет широко востребован текстиль, таких как авиационная, космическая и электронная промышленности.

Перспективность исследований в направлении разработки новых ментодов проектирования и изготовления малошовных оболочек показали разработки Московского государственного университета дизайна и технонлогии (МГУДТ), научных текстильных центров США, Германии, Великонбритании.

Тема диссертации утверждена Ученым Советом МГУДТ. Работа вынполнялась в рамках реализации важнейших проектов государственного значения по приоритетным направлениям в области технологии глубонкой переработки отечественного сырья и материалов в легкой промышнленности, технологий авиа-космической отрасли, создания новых материанлов с градиентными и уникальными физико-механическими свойствами.

Работа выполнялась по тематическому плану НИР МГУДТ, 2006-2008 гг. комплексная тема: Разработка методов проектирования бесшовных объемных оболочек, в рамках госбюджетных тем НИР 64.01.07; 64.33.14; 1.1.06: Разработка теоретических основ проектирования тканых бесшовнных оболочек объемных тел повышенной формоустойчивости и износонстойкости с использованием принципов неевклидовой геометрии и Тео-

5


рия неевклидовой геометрии при расчете тканых бесшовных оболочек объемных тел повышенной формоустойчивости и износостойкости, Теонрия триангуляционного расчета оболочек сложных трехмерных тел при расчете тканых бесшовных оболочек с буфинированной поверхностью.

Целью работы является разработка теоретических основ проектиронвания объемных малошовных оболочек с триаксиальной и мультиаксиаль-ной структурой, обладающих заданной эксплуатационной надежностью, устойчивостью к деформации, строгим соответствием форме одеваемой поверхности.

Для достижения поставленной цели в работе решались следуюнщие задачи:

-анализ современного состояния процессов проектирования и изготовнления малошовных текстильных изделий;

-анализ видов переплетений, используемых при производстве тканых оболочек с минимальным числом швов;

-разработка методологии проектирования объемных малошовных три-и мультиаксиальных оболочек с заданными свойствами;

-разработка методики проектирования структуры цельнотканых оболончек на основе системы показателей надежности;

-выявление особенностей проектирования и изготовления плетеных оболочек с триаксиальной и квадроаксиальной структурой из кожаных и текстильных лент;

-разработка методики проектирования три- и мультиаксиальных обонлочек из лент с декоративными эффектами;

-разработка теоретических основ моделирования малошовных тканых оболочек на основе триангуляции Делоне;

-разработка концепции плетельного станка для производства объемных оболочек с три- и квадроаксиальной структурами ;

-разработка методики проектирования и способа изготовления триак-сиальных цельнотканых оболочек с усилительными элементами;

-исследование свойств объемных цельнотканых оболочек с усилительнными элементами;

-разработка метода проектирования объемных цельнотканых оболочек с комбинацией двуаксильного и триаксиального переплетений;

-промышленная апробация разработанных методов проектирования и изготовления малошовных тканых оболочек.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключанется в том, что:

6


-развито новое перспективное научное направление по разработке ментодов проектирования и способов изготовления малошовных три - и муль-тиаксиальных оболочек в строгом соответствии с заданной пространственнной формой и параметрами структуры для обеспечения планируемых экснплуатационных свойств и на этапе проектирования;

-предложена классификация объемных текстильных оболочек, учитынвающая современные направления совершенствования малошовных и бесшовных технологий и определяющая перспективные области их принменения;

-разработана концепция проектирования цельнотканых оболочек, представляющая собой поэтапное формирование сложной технической системы и позволяющая проектировать изделия с заданной эксплуатацинонной надежностью;

-составлена методика проектирования цельнотканых оболочек в трехнмерном пространстве без перехода к двухмерным разверткам, что обеспенчивает высокую точность расчетов;

-разработаны методы проектирования: оа три- и мультиаксиальных оболочек, универсальные для создания малошовных изделий любой пространственной формы и любого назначения; оа оболочек с визуальными эффектами для производства текстильных

изделий с новыми декоративными решениями; оа цельнотканых триаксиальных оболочек с усилительными элеменнтами для изделий с высокой формоустойчивостью; оа оболочек сложных пространственных форм, состоящих из комбиннации двуаксиального и триаксиального переплетений, для произнводства малошовных изделий с градиентными свойствами; -на основе триангуляции Делоне разработаны методы проектирования траектории расположения нитей в тканой структуре для системы автомантизированного проектирования триаксиальных оболочек;

-разработаны принципиально новые способы проектирования и изгонтовления малошовных оболочек, научная новизна которых подтверждена тремя патентами РФ: (№2384749, № 2346092, № 2358049);

-создана концепция оборудования для производства триаксиальных и квадроаксиальных малошовных оболочек, включающая четыре способа модификации стандартного плетельного оборудования.

Достоверностьа научныха положений,а выводова иа рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждена корректностью теорети-

7


ческих предпосылок постановки задач и современными методами их реншения, использованием известных положений фундаментальных наук, сходимостью полученных теоретических результатов с данными эксперинмента и результатами промышленной апробации созданных малошовных оболочек с три- и мультиаксиальной структурами.

Основные методы исследования. Методологическую основу провенденных теоретических и экспериментальных исследований составили как классические, так и новые научные представления о проектировании манлошовных текстильных изделий. В работе использованы методы теоретинческого анализа, классификации, математического моделирования, трехнмерного описания пространственных моделей, методы аппроксимации и интерполяции, основные положения теории алгоритмизации и программинрования, принципы неевклидовой геометрии, современные методы и техннические средства исследования свойств текстильных материалов.

Использование системного и комплексного подхода при разработке новых методов проектирования позволило создать теоретические основы проектирования, применимые к широкому спектру малошовных оболочек различного назначения и свойств. В работе использовались программы Microsoft World, Microsoft Excel, AutoCAD, Adobe Photoshop, ParaSolid, Coral Draw для операционной системы Windows XP.

Объекты исследования. Объектами исследования в работе являнлись: малошовные оболочки с три- и мультиаксиальными ткаными струкнтурами, методы их проектирования и изготовления, в том числе методы триангуляционного проектирования малошовных мягких оболочек и плентельное оборудование для производства изделий с три- и квадроаксиаль-ным переплетениями.

Практическая значимость результатов работы:

  1. предложены новые виды трехниточных переплетений и способы изготовления тканых оболочек с зональной модификацией переплетения, что позволяет создавать широкий ассортимент малошовных изделий бытонвого и технического назначения;
  2. разработан способ проектирования и изготовления малошовных тканых триаксиальных оболочек заданной пространственной формы;

-а составлены алгоритмы триангуляционного проектирования оболон

чек с триаксиальной структурой:

оа для расчета малошовных оболочек с горизонтальным расположеннием уточных нитей;

8


оа для расчета бесшовных оболочек со спиралевидным расположенинем уточной нити; оа для расчета структуры оболочек поверхностей сложных форм.

-предложены два принципиально новых алгоритма перемещения ните-держателей станка Herzog 3-D-Flechtmaschine CAB 9-32-220 для изготовнления оболочек с триаксиальной и квадроаксиальной структурой без вненсения изменений в конструкцию оборудования;

-разработаны методы введения усилительных систем нитей в триакси-альную объемную оболочку для обеспечения заданных свойств в одежде специального назначения и повышения ее эксплуатационной надежности;

-предложен способ закрепления третьей системой нитей формы объемнной цельнокроеной оболочки, полученной за счет изменения сетевых углов элементарных ячеек ткани;

-разработан принципиально новый способ проектирования силовой оболочки скафандров космонавтов и других малошовных объемных обонлочек специального назначения с заданной эксплуатационной надежнонстью.

Апробация и реализация результатов работы. Основные положенния и результаты диссертационной работы докладывались и получили понложительную оценку на следующих собраниях научной общественности:

  1. трех научно-практических межвузовских конференциях "Молодые ученые - XXI веку";
  2. научной конференции стипендиатов программы Михаил Ломононсов 2006/07г. DAAD (Бонн, ФРГ);
  3. научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молондых ученых II и III Московских фестивалей науки, МГУ;
  4. II Международной научно-практической конференции Актуальнные проблемы современных наук - 2011 (Польша);
  5. II Международной научно-практической конференции Научный прогресс на рубеже тысячелетий - 2011 (Чехия);
  6. I Международной научно-практической конференции Workshop Design-Innovation-Development (Румыния);
  7. II Международной научно-практической конференции Актуальнные достижения европейской науки - 2011 (Болгария);
  8. Iаа Международнойаа Корейско-Российскойаа конференцииаа Grand fashion";
  9. научно-практических семинарах в ОАО НПП Звезда и ОАО НИАТ.

9


Исследования свойств разработанных цельнотканых объемных детанлей силовой оболочки скафандра космонавта показали перспективность разработанного метода проектирования и изготовления малошовных обонлочек и его внедрения в производство скафандра космонавта. На основе разработанной методики проектирования цельнотканых оболочек с усилинтельными элементами проводится разработка технологии изготовления цельнотканой силовой оболочки перчатки для скафандра космонавта в рамках договора о сотрудничестве МГУДТ с ОАО НПП Звезда по пронграмме Федерального Космического Агентства по разработке усовершеннствованного скафандра для внекарабельной деятельности. Разработанный метод проектирования малошовных оболочек с комбинацией дву- и триак-сиальных переплетений использован при разработке узлов для эксперинментальных образцов скафандра космических туристов по заказу Америнкано-Российской компании Final Frontier Design; в настоящий момент ведутся работы по внедрению результатов в массовое производство сканфандров для космических туристов и подана заявка на грантовую подндержку в Национальное агентство по аэронавтике и исследованию косминческого пространства NASA.

Апробация разработанных методов проектирования и способов изгонтовления малошовных оболочек с заданными визуальными эффектами осуществлена на предприятиях швейной и обувной промышленности, понлучены рекомендации для внедрения в производство одежды и обуви спенциального назначения, в частности медицинского.

Апробация разработанного метода проектирования и изготовления малошовных оболочек осуществлена на предприятии авиационной отрасли при разработке композиционных материалов нового поколения, где полунчены положительные отзывы. Проводятся работы по организации серийнного производства авиационных композитных деталей на основе разрабонтанных малошовных технологий.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы излонжены в 45 работах, из них 16 в научных изданиях, включенных в список, утвержденный Высшей Аттестационной Комиссией.

ичный вклад автора состоит в выявлении и формировании основнного содержания исследований, определившего развитие нового перспекнтивного научного направления по разработке методов проектирования и способов изготовления малошовных оболочек с три- и мультиаксиальными структурами, имеющих широкую область применения для текстильных изделий бытового и технического назначения, разработке путей реализа-

10


ции этого направления, постановке и разработке основных проблем теорентических и экспериментальных исследований по данному направлению. При непосредственном участии автора разработаны методы проектированния и изготовления малошовных три- и мультиаксиальных оболочек, вынполнены эксперименты и разработаны рекомендации по использованию разработанных технологий. Автору принадлежит теоретическое обобщенние результатов работ, опубликованных в соавторстве и использованных при написании данной диссертационной работы.

Автор защищает научно обоснованные технические и технологинчески решения в области проектирования и изготовления малошовных оболочек с три- и мультиаксиальными структурами, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие швейной промышленности и эконномики страны.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованнных источников из 136 наименования и приложения. Работа изложена на 303 страницах машинописного текста, содержит 106 рисунков, 7 таблиц. Приложения представлены на 56 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной рабонты, сформулированы ее цели, задачи, предложены основные пути их решенния и методы исследования. Определены научная новизна, практическая значимость и основные результаты, представленные к защите.

В первой главе установлено, что для повышения эксплуатационной надежности спецодежды и технических текстильных оболочек целесообнразно использовать объемные тканые малошовные и бесшовные оболочки, в связи с их устойчивостью к различным видам деформационных воздейнствий благодаря стабильности тканых структур. Малооперационная технонлогия изготовления тканых малошовных оболочек является одним из пернспективных инновационных направлений производства швейных изделий, позволяющих объединить процессы ткацкого и швейного производства в один непрерывный процесс для повышения качества и обеспечения стронгого соответствия заданным параметрам проектируемых объектов.

В работе представлена концепция проектирования тканых малошовнных оболочек на основе поэтапного формирования сложной технической системы в соответствии с современными теориями оболочек и эксплуатанционной надежности. Анализ тканой оболочки как сложного технического

11


устройства позволяет оценить эксплуатационную надежность изделия и выявить проблемные зоны, требующие ее повышения.

Проведен анализ современного состояния процессов проектирования и изготовления цельнотканых изделий, в результате которого выявлена проблема создания малошовных оболочек сложной пространственной формы, обладающих заданной анизотропией или изотропностью свойств, строгим соответствием проектируемой форме, равномерностью структуры, что необходимо для обеспечения высокой эксплуатационной надежности швейных изделий.

С геометрической точки зрения оболочкой называется тело, огранинченное криволинейными поверхностями, расстояние между которыми всюду намного меньше любого другого размера. Текстильные оболочки, как правило, являются сложными, то есть состоящими из нескольких сончлененных оболочек простейших тел.

Оболочки подразделяются на развертываемые и неразвертываемые. Но при использовании малошовных технологий производства текстильных изденлий понятие развертываемоеЩ теряет смысл, так как не влияет на процесс изготовления. Важна сама форма оболочки, ее геометрическая модель и характер изменения кривизны. Эти характеристики определяют технолонгию изготовления малошовного изделия. По форме объемные оболочки предлагаем классифицировать на три вида: плоские, пространственные и разнотолщинные (рис. 1).

  СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
 Страницы: | 1 | 2 | 3 |
     Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим наукам