（纺织材料与纺织品设计专业论文）基于物理性能的织物服用性能的预测研究[纺织材料与纺织品设计专业优秀论文].pdf

基于物理性能的织物服用性能的预测研究 摘要 织物服用性能指用人的感观判断的织物性能，包括触觉风格 ( 手感) 、形态风格( 如悬垂性) 及舒适性等。本论文研究织物触 觉风格、形态风格和热湿舒适性预测中必须的三项重要物理性能一 一织物剪切、压缩及透气性能预测的基本理论和更精确方法，目的 是健全梭织面料性能设计的理论和方法体系，实现织物服用性能的 科学预测。论文主要包括四部分工作： 1 梭织物剪切性能预测 从理论上推导出梭织物剪切刚度与织物组织、织物密度和经 纬纱摩擦系数变化率之间的理论方程，鉴于摩擦系数变化率很难通 过理论研究或直接测试进行定量表征，而且同一类型纱线间摩擦力 大小主要与接触面积大小有关，不同类型织物的纱线间摩擦可能存 在系统差异，所以通过实验对不同类型织物分别求取摩擦系数变化 率与纱线直径等因素间的实验方程。分别以精纺毛型织物和化纤长 丝织物为例，确定出经纬纱间摩擦系数变化率与织物组织及经纬纱 接触面积等参数之间的实验方程，将实验方程与理论方程结合建立 起这两类织物剪切刚度的预测方程。验证表明精纺毛型织物的剪切 刚度预测平均误差率 10 ，最大误差 2 0 。 从理论上推导出织物剪切滞后量与织物组织、经纬密度及单一 交织点剪切滞后之间的关系方程，同样采取实验方法分类求取了精 纺毛型织物和化纤长丝织物的单一交织点剪切滞后与经纬纱接触 面积等参数之间的关系方程，将实验方程与理论方程结合建立起两 类织物剪切滞后的预测方程，验证表明精纺毛型织物的剪切滞后方 程预测最大误差低于2 0 ，平均误差在10 左右。 2 梭织物压缩性能预测 压缩性能是织物中纤维、纱线弯曲性能和几何结构共同作用的 结果，压缩功和压缩滞后与初始厚度高度相关；利用经纬纱线线密 度和织物组织建立了精纺毛型织物初始厚度的表达方程，验证表明 该方程预测平均误差 1o ，最大误差率 2 0 ；分别采用线性模型、 指数模型建立了压缩功预测方程，验证结果表明：方程对精纺毛型 织物的预测的平均误差率 1 0 ，最大误差率 2 0 ，比较而言，线 性模型简单，预测误差较小，而指数模型能更好地解释织物的压缩 过程，预测结果比较稳定。 分别采用线性模型和结构微元法建立织物压缩功损失量( 压缩 滞后) 的预测方程，验证表明方程的平均误差15 左右，对比发 现结构微元法较全面地考虑了影响压缩损失功的结构参数，预测精 度稳定。 3 梭织物透气性能预测 实测分析了织物孔径分布、孔径与结构参数及透气性的关系， 研究表明织物孔径在较宽范围内呈现由小到大，左偏不对称分布； 纱线间孔隙和纤维间孔隙尺寸有比较明显的分界限，织物孔径大小 与织物紧度及组织浮长等结构参数显著相关，织物透气受织物孔径 影响显著，孔径与织物透气量的相关性一般在0 8 以上。 用流体力学的哈根一伯肃叶( h a g e n p o i s e u i l l e ) 定律推导出纱 线间孔隙透气量( q 1 ) 与织物结构参数的关系式，采用表观直径更 准确地表达纱线间孔隙，并采用实验方法探讨了纱线表观直径与理 论计算直径和相关结构参数之间的关系。实验证明利用哈根一伯肃 叶公式可以表达织物透气的主体成分，即织物透气量主要取决于纱 线表观直径、织物密度和厚度；用逐步回归分析方法探讨了织物中 纤维间孔隙透气量( q 2 ) 与结构参数的关系，得到了织物总透气量 ( q ) 与纱线间孔隙透气量计算值( q i ) 和织物总紧度( e ) 之间 的关系方程；验证表明：除强捻纱、长丝交织织物外，方程对普通 毛型织物预测的平均误差在13 以内。另外还建立了预测梭织物 的透气性能的b p 神经网络模型，两种方法的预测精度相当。 4 织物服用性能设计预测系统精度的改进 与已有实验方程的比较分析发现，本论文建立的梭织物物理性 i i 能的预测方程的精度有较大幅度的提高；用本论文建立的理论和方 法构筑了织物服用性能预测设计的新系统，考查了新系统对织物基 本风格和形态风格的预测精度，结果发现，新系统对织物基本风格 预测结果更接近由实测力学量计算的基本风格，织物形态风格的判 断准确度也有明显提高。 关键词：梭织物，剪切，压缩，透气，服用性能预测 m s t u d yo nt h ep e r f o r m a n c eo fw o v e nf a b r i cb a s e do nt h e p r e d i c t i o no fp h y s i c a lp r o p e r t i e s a b s t r a c t f a b r i cs h e a r i n g ，c o m p r e s s i o na n da i rp e r m e a b i l i t ya r et h r e ei m p o r t a n t p r o p e r t i e sc l o s e l yr e l a t e d w i t ht h eh a n d l e so fs o f n e s s a n df u l l n e s s ， f o r m a b i l i t y ，a n dt h ec o m f o r t a b i l i t yo fh e a ta n dm o i s t u r e t h i sd i s s e r t a t i o n e m p h a s i z e so np r e d i c t i n gt h et h r e ep r o p e r t i e sw i t hs t r u c t u r ep a r a m e t e r s t h e m a i na i mi st oe x p l o r et h eb a i s i ct h e o r i e sa n dm o r ea c c u r a t em e t h o d sf o r s c i e n t i f i cd e s i g n i n go ff a b r i cp e r f o r m a n c e s t h ec o n t e n to ft h i sd i s s e r t a t i o n i sm a i n l yi n c l u d e df o u rp a r t sa sf o l l o w i n g ： 1 f a b r i cs h e a rp r o p e r t i e s t h et h e o r e t i c a le q u a t i o ne x p r e s s i n g s h e a r i n gr i g i d i t yo fw o v e nf a b r i c w i t hw e a v es t r u c t u r e ，f a b r i cd e n s i t ya n dt h er a t eo ff r i c t i o nc h a n g ew a s d e r i v a t e d d u et ot h ed i f f i c u l tq u a n t i f i c a t i o no ft h er a t eo ff r i c t i o nc h a n g e a n dt h ef r i c t i o nd i f f e r e n c ef o rd i f f e r e n tt y p e so ff a b r i c s ，t h ee x p e r i m e n t a l e q u a t i o n so ft h er a t eo ff r i c t i o nc h a n g ef o re a c ht y p eo ff a b r i cw e r ee x p l o r e d r e s p e c t i v e l y t a k i n gw o r s t e df a b r i c sa n df i l a m e n t sf a b r i c sa st h ee x a m p l e s ， t h ee x p e r i m e n t a le q u a t i o n se x p r e s s i n gt h er a t eo ff r i c t i o nc h a n g ew i t hw e a v e s t r u c t u r ea n dc o n t a c ta r e ab e w e e n w a r p a n dw e f tw e r ee s t a b l i s h e d c o m b i n i n gt h ee x p e r i m e n t a le q u a t i o n sw i t ht h et h e o r e t i c a le q u a t i o n ，t h e p r e d i c t i v ee q u a t i o n sf o rs h e a r i n gr i g i d i t yo ft h et w ot y p e so ff a b r i c sw e r e m a d e t h ea c c u r a c yo fp r e d i c t i v ee q u a t i o no fw o r s t e df a b r i cw a sv a l i d a t e d s h o w i n gt h ea v e r a g ee r r o rb e l o w10 a n dt h em a x i m u m e r r o rb e l o w2 0 t h et h e o r e t i c a le q u a t i o n e x p r e s s i n g f a b r i c s h e a r i n gh y s t e r e s i sw i t h w e a v es t r u c t u r e ，w a r pa n dw e f td e s i n i t y ，a n ds h e a r i n gh y s t e r e s i sa tt h e i n t e r l a c i n gp o i n tw a sd e r i v e d w o r s t e df a b r i c sa n df i l a m e n tf a b r i c sw e r eu s e d t oe x p l o r et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns h e a r i n gh y s t e r e s i sa tt h ei n t e r l a c i n g p o i n ta n df a b r i cs t r u c t u r ep a r a m e t e r ss u c ha sc o n t a c ta r e ao fw a r pa n dw e f t t h ep r e d i c t i v ee q u a t i o n sf o rs h e a r i n gh y s t e r e s i so ft h et w ot y p e so ff a b r i c s i v w e r ee s t a b l i s h e db yc o m b i n i n gt h et h e o r e t i c a le q u a t i o n sw i t he x p e r i m e n t a l e q u a t i o n s t h ev a l i d a t i o nf o rt h ew o r s t e df a b r i c ss h o w st h em a x e r r o rb e l o w f a b r i cc o m p r e s s i o nw o r ka n dc o m p r e s s i o nh y s t e r e s i sa r ec l o s e l yr e l a t e d w i t hf a b r i ct h i c k n e s s t h ee q u a t i o ne x p r e s s i n gf a b r i ct h i c k n e s sw i t hw a r p a n dw e f ty a r nd e n s i t ya n dw e a v es t r u c t u r ew a se s t a b l i s h e d v a l i d a t i o ns h o w s t h a tt h ea v e r a g ee r r o rb e l o w1o a n dm a x e r r o rb e l o w2 0 l i n e a rm o d e l a n de x p o n e n t i a lm o d e lw e r eu s et oe x p l o r ef a b r i cc o m p r e s s i o nw o r k t h e r e s u l t ss h o wt h a tt w om e t h o d sc a nw e l lp r e d i c tf a b r i cc o m p r e s s i o nw o r kw i t h t h ea v e r a g ee r r o rb e l o w10 a n dm a x e r r o rb e l o w2 0 a n dt h el i n e a rm o d e l i ss i m p l ea n dp r e d i c t i v ee r r o ri sl o w e r ，w h i l ee x p o n e n t i a lm o d e lc a nw e l l ， u n d e r s t a n dt h ec o m p r e s sp r o c e s sa n dt h ep r e d i c t i v ee r r o ri ss t a b l e t w o m e t h o d so fl i n e a rm o d e l ，s t r u c t u r eu n i tm o d e lw e r eu s e dt oi n v e s t i g a t et h e l o s so fc o m p r e s s i o nw o r k ( c o m p r e s s i o nh y s t e r e s i s ) t h ev a l i d a t i o ns h o w s t h a tt h ep r e d i c t e de r r o ro ft h et w om e t h o d si ss i m i l a r ，w h il et h ep r e d i c t e d e r r o ro fs t r u c t u r eu n i tm o d e li sm o r es t a b l e 3 a i rp e r m e a b i l i t yo fw o v e nf a b r i c s t h ep o r e sd i s t r i b u t i o na n dt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ep o r e sa n d ， _ f a b r i c s s t r u c t u r e s ，p e r m e a b i l i t yw e r ed i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e d i s t r i b u t i o no fp o r es i z e sh a saw i d er a n g ef r o ms m a l lt o b i gw i t ht h e a s y m m e t r yo fp e a k v a l u et o w a r d sl e f t ，a n dt h ed i f f e r e n c eo ft h ep o r e s b e t w e e ni n t e r f i b e r sa n di n t e r y a r n si so b v i o u s t h ep o r e sh a v et h es i g n i f i c a n t c o r r e l a t i o n sw i t hf a b r i cc o v e rf a c t o r ，w e a v ef l o a t ，a n da i rp e r m e a b i l i t y t h e h a g e n p o i s e u i l l ef o r m u l ah a sb e e nu s e dt oe s t a b l i s ht h ee q u a t i o ne x p r e s s i n g t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e np e r m e a b i l i t yo fi n t e r y a r ni n t e r s t i c e s ( q 1 ) a n d f a b r i cs t r u c t u r e s t h ea p p a r e n td i a m e t e r so fy a r n sw e r ei n v e s t i g a t e dt om o d e l t h ei n t e r s t i c eo fy a r nb e t t e r v a l i d a t i o nw i t he x p e r i m e n td a t as h o w st h a t i n t e r y a r np o r o s i t y h a s v e r yb i g i n f l u e n c eo nf a b r i c p e r m e a b i l i t y t h e v 州 n b o 忡 嘴 咖 c a c n 蔓n f 2 2 s t e p w i s e r e g r e s s i o nm e t h o dh a sb e e nu s e dt oe x p l o r et h ee q u a t i o nb e t w e e n t h ep e r m e a b i l i t yo fi n t e r f i b e ri n t e r s t i c e s ( q 2 ) a n ds t r u c t u r ep a r a m e t e r s t h e p r e d i c t i o ne q u a t i o nf o rf a b r i cp e r m e a b i l i t y ( o ) h a sb e e nd e v e l o p e df o c u s i n g o np e r m e a b i l i t yo fi n t e r y a r np o r e s ( g ) a n dt h ef a b r i co v e r a l lcoverf a c t o r ( e ) o n es e to fw o r s t e df a b r i c si su s e dt ov a l i d a t et h ee q u a t i o n i ts h o w s t h a te x c e p tf a b r i c sw i t hz zt w i s ty a r n so rt w i s t l e s sf i l a m e n t s ，t h ep r e d i c t e d e q u a t i o ng i v e sg o o da c c u r a c yw i t ha v e r a g ee r r o ro fa b o u t13 b pn e u r a l n e t w o r kc a na l s ob eu s e dt op r e d i c ta i rp e r m e a b i l i t yo fw o v e nf a b r i c sa n dt h e p r e d i c t i v ee r r o ri ss i m i l a ra st h em e t h o d sd i s c u s s e da b o v e 4 p r e d i c t i o nf o rf a b r i cp e r f o r m a n c e s t h ea c c u r a c yo ft h ep r e d i c t i v ee q u a t i o n si si m p r o v e db yc o m p a r i n gw i t h t h ee x i s t e de x p e r i m e n t a le q u a t i o n s t h ee x i s t e dp r e d i c t i v es y s t e mf o rf a b r i c p e r f o r m a n c e sw a sr e v i e w e d ，a n dt h em o d i f i e ds y s t e ms u p p o r t e db y t h e c o n c l u s i o n sa h i e v e di nt h i sd i s s e r t a t i o nw a sd e s c r i b e d t h e p r e d i c t i v e a c c u r a c yo fb a s i ch a n d sa n df o r m a b i l i t yw i t ht h e m o d i f i e ds y s t e mw e r e i n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eb a s i ch a n d sc a l c u l a t e dw i t hm o d i f i e d s y s t e mm o r ea p p r o a c h i n gt o t h eb a s i ch a n d sc a l c u l a t e dw i t ht h em e a s u r e d v a l u e s ，a n dt h ej u d g eo ff a b r i cf o r m a b i l i t yi sb e t t e rt h a nt h a tj u d g e db yt h e e x i s t e de x p e r i m e t a le q u a t i o n s k e y w o r d s ：w o v e nf a b r i c s ，s h e a r i n g ，c o m p r e s s i o n ，a i rp e r m e a b i l i t y ， p e r f o r m a n c e sp r e d i c t i o n v i 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的 学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的 成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本 人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名：孑佘于穿舌 日期：纱多年岁月衄e l 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密团。 学位论文作者签名：；拿于拣 指导教师签名：砂砀丰龟 日期：枷年j 月柏日日期：哪彳年厂月鹤日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景与意义 长期以来，面料设计基于经验，对技术人员经验的依赖性强， 而且需要反复试制、逐渐逼近设计目标，费时费力，这种设计方法 很难实现面料服用性能( 手感、成形性和穿着舒适性等) 的创新设 计，不能适应当今快速变换的国内外市场，更不能满足消费者对面 料服用性能不断提高的要求。因此，纺织产业要求寻找新的面料设 计思路与方法，实现面料服用性能的科学设计。但由于面料服用性 能与原料、纱布结构和纺织工艺间的关系非常复杂，一直只有经验 型定性设计技术。自19 9 8 年起，王府梅课题组就一直在研究织物 服用性能的科学设计技术，提出了由原料和结构参数预测织物基本 物性( 第1 步) ，而后引用国外成熟技术由基本物性预测物服用性 能( 第2 步) 的t t 2 步法，技术路线。 7 织、 关于第l 步预测技术，已经建立起织物拉伸和弯曲性能的预测 理论及预测精纺面料剪切、压缩等物性的实验方程 i - 7 】，结合国外 成熟的服用性能的客观评价技术【7 8 1 在国内外率先开发出t 精纺毛 型面料的性能预测技术和设计软件”，该软件已应用到工厂实践， 但因理论研究不够全面，部分力学性能的预测采用了实验规律，精 确度和适用范围受到限制。 本论文主要研究织物触觉风格、形态风格和热湿舒适性预测中 必须的三项重要物性一一织物剪切、压缩及透气性能预测的基本理 论和更精确方法，目的是健全梭织面料性能设计的理论和方法体 系。织物剪切刚度决定织物的成形性，而滞后量是材料粘性的反应号炙 直接关系到纺织品的飘逸活络性能。压缩性能是反应织物蓬松丰满 度的最主要的力学性能，同时对织物的滑糯、滑爽度产生一定的影 响。透气性能决定着夏季面料的凉爽度和冬季面料的保暖性。若取 得了上述研究成果，就可在理论支持下全面科学预测梭织物的基本 物理性能，提高精纺毛型织物的性能预测精度，并开发其他类型面 第一章绪论 料的服用性能的定量设计技术和软件。 1 2 织物服用性能的研究历史回顾 织物服用舒适性与其基本力学性能及热湿传递性密切相关，研 究者曾投入大量的精力探求它们之间的定量关系。早在l9 30 年， f t p e i r c e t 9 1 采用悬臂法测试织物弯曲长度及弯曲刚度，并用来表 示样品手感性质。他提出可以通过物理指标来表征织物手感刚柔、 软硬、滑爽等而不是象以前一样在主观的基础上对织物进行判断。 从2 0 世纪6 0 年代开始，对织物服用性能的研究更加重视， l i n b e r g t1 0 1 2 1 测试了6 6 种具有代表性试样的弯曲和剪切变形曲线， 并对这些曲线进行分析，结果表明不同试样剪切和弯曲性能差别很 大，而且织物剪切、弯曲变形与服装复杂的造型有很大的相关度。 他从理论上分析了成形性与弯曲刚度及剪切角之间的关系，并且给 出了如下定量公式： f = c b 式中：，一成形性( f o r m a b i l i t y ) 的等级指标，无单位； c 一面料在自身平面内压缩变形曲线的线性度； b 一面料的抗弯刚度。 通过对弯曲及剪切性能的讨论并介定这两个基本力学量的上下 限，从而可以确定织物获得最佳性能的条件。另外他还讨论用超喂 的方式使长度不等的织物缝制成无折皱的自然曲面，研究表明可变 形性，成形性与超喂之间存在一定的关系，l i n b e r g 的研究把织物 基本力学性能( 弯曲、剪切) 与面料的成形性及服装加工及整理结 合在一起。 日本产学研结合研究面料手感和形态风格的设计生产技术，开 发出由面料的多项力学性能组合评判其服用性能的定量方法，建立 了织物风格的客观评价系统 1 3 , 1 4 】，这样通过测试基本的力学性能 指标就可以定量表达织物服用性能。值得提出的是，k e s f 系列测 试仪器的研制成功为织物服用性能的客观评价提供了测试方法的 保障，加速了织物服用性能研究。在美欧研究重点集中于纺织品穿 第一章绪论 着舒适性与热湿传递性能间的定量关系( 】，从而对影响织物舒适 性的热湿传递机理有较清楚的认识。总之在2 0 世纪9 0 年代前，国 外的研究主要集中在探究人的感官判断织物手感、舒适性等服用性 能与其物理性能间的定量关系，日本的研究最为活跃，派生出所谓 的“感性工学科”，每年都召开学术讨论会。 9 0 年代以来，以川端季雄和王府梅教授为首提出了面料科学设 计思路 16 , 1 7 】，即，首先将消费者要求的织物手感、成形性、穿着 舒适性、光泽等性能分别转化为一定范围内分布的具体的基本物理 性能指标或结构因素，即织物拉伸、弯曲、剪切、压缩性能、表面 磨擦性能、表面反光、折光性能及热湿传递等性能指标，并确定多 项服用性能对应的基本物理指标范围的交集；然后以交集内的基本 物理性能指标作为织物的性能设计目标，设计织物结构、纱线性能、 织造和染整工艺，并根据纱线的性能要求设计纱线的结构，选择纤 维的品种与形态结构。 ： 在面料科学设计思路基础上，王府梅教授提出了“2 步法”预测织 物服用性能【1 3 】，并且近10 年来课题组做了大量的研究工作，已经 建立了拉伸和弯曲性能预测模型，但其它基本物性只有实验规律探 讨，所建立的精纺毛型面料的性能预测软件精度受到一定限制。所 以本论文首先探讨梭织物剪切、压缩性能的预测机理，而后以预测 热湿舒适性为目标研究织物透气性。 1 3 织物基本物性的研究历史回顾 本论文主要研究织物剪切、透气和压缩性能预测理论与方法， 下面主要回顾这这三项物性的研究历史。 1 3 1 织物剪切性能 剪切性能作为织物最重要的力学性能之一，在实际应用中不仅 影响织物悬垂性，柔软性及其手感，而且通过影响织物经纬方向以 外的拉伸变形性能而影响服装的穿着舒适性。 织物剪切行为不同于一般均匀材料，h e a r l e 1 9 】提出了一种简化 第一章绪论 的织物剪切性能分析方法，如图1 1 所示，在纯剪切条件下，材料 单元a b c d 受到平行且方向相反的应力f ( c n c m ) 作用。剪切应变定 义为t a n o 。对于弹性材料来说，剪切应力f 与剪应变t a n o 之间存在 如下关系： f = g t a n o ( 1 1 ) 式中g 一剪切模量( c n ( c m ( o ) ) 。 图1 1 织物剪切变形示意图 h e a r l e ”】研究发现，织物并不是一般意义上面积固定的纯剪 切，矩形边长也不一定保持不变。在剪切的过程中，力的作用使织 物沿a c 对角线拉伸，而沿b d 对角线压缩，这样会给剪切性能测 量带来困难，因为材料沿b d 方向上的很小压缩力就可能使织物起 皱，这样可能通过a b 方向施加预加张力的作用来克服剪切变形初 期会产生的折皱。 b e n g tb e h r e t 2 0 】用两种方法来测量织物的剪切性能，并测绘出 了剪切变形曲线，对试样中因剪切而引起的应力变化进行了分析， 为更近一步研究剪切性能提供了帮助。 t r e l o a r t 2 1 】提出了一种测量织物剪切性能的方法，如图1 2 所 示。织物由上下钳口夹持，并且在下钳口处施加预加张力w ，下夹 口沿水平方向运动，作用力为f ，织物剪切变形角为秒。需要指出 的是有效剪切力并不是f ，因为预加张力w 在剪切变形的过程中沿 侧面产生一个分量w t a n o ，则有效剪应力为： ，= f w t a n o( 卜2 ) t r e l o a r 21 】研究指出：织物起皱产生的误差可以通过减少两钳 第一章绪论 口之间的距离消除，这在后来k e s 测试系统中得到充分的考虑。 f 上 w 图1 2 剪切刚度测试示意图 k a w a b a t a s t 2 2 1 在大量研究基础上于19 7 2 年建立了测量织物低 负荷下力学性能的k e s f 系统，与k e s f 原理相同的k e s f b 测 试仪于19 7 8 年问世后很快得到广泛应用。k e s f b1 织物拉伸剪切 测试仪，测试试样2 0 x 2 0 c m ，两夹头之间距离为5 c m ，剪切变形角 为士8 0 ，测试指标包括织物经纬向剪切刚度及剪切滞后。 j l h u t 2 3 1 考虑了k e s 剪切测试仪测试的并非是纯剪切变形， j l h u 利用有限元法进行分析，将剪切模量看作k e s 测试的织物 剪切模量和拉伸模量的函数，推导出剪切应力应变关系方程。研究 结果表明利用推导方程计算的织物剪切模量与实测剪切模量的差 异为2 5 30 。j l h u 指出尽管k e s 测试结果与纯剪切条件下的 剪切性能明显不同，但k e s 测试结果仍能够反映织物剪切变形的 本质能够用作为一般的客观评价。当然要对织物进行复杂的变形分 析时需要对剪切模量及应力应变曲线作适当修正。 a l a m d a r y a z d i 2 4 1 在拉伸试验仪上采用抽拔法和集中应力法测 试织物低负荷下的剪切行为，将测试结果与k e s f b 测试数据进行 比较，结果表明：利用应力集中法对织物进行斜向拉伸时织物起皱 阶段的曲线斜率( p bs ) 与k e s 测试的织物剪切刚度g 高度相关( 相 关系数在0 9 以上) ，可以利用集中应力拉伸斜向织物试样测试织 物剪切模量。此方法提供了在没有k e s 测试仪条件下测试织物剪 切性能的一种途径。 织物剪切模量与斜向拉伸的关系密切。k i l b y t 2 5 】曾推导了一个 公式可以给出织物不同方向上的杨氏模量，在此基础上l e a f 和 第章绪论 s h e t a 2 6 1 研究得出织物斜向( 与经纱呈4 5 。方向) 杨氏模量e ，与织 物剪切模量g 存在如下关系： 一 八j ! ：生一上- - 丝0 - 2 一上垒 ( 1 3 ) 一= 一一一 、l j ， g e i se le 2 其中：e 和易分别为经纬纱方向上的杨氏模量；q 、盯：为织物 泊松比 一般而言，织物斜向模量远低于织物经纬向上杨氏模量( 如图 1 3 所示) ，因此斜向模量主要由剪切模量决定。假如经纬向模量巨、 巨远大于斜向模量臣5 ，式( 3 ) 可简化为： e 4 5 4 g t w 董- 呈- 一 ( 1 4 ) 哪 - 一 o , n 1 z1 41 s h 图1 3 织物不同方向拉伸应力一应变关系 不过，l e a f 和s h e t a 2 6 1 同时指出对于一些织物而言，如果考虑 经纬向模量及泊松比，可以明显的改变织物的计算剪切模量。 s p i v a k 和t r e l o a r 2 7 】分析了织物的斜向拉伸，并且假设经纬纱 没有伸长，整个织物如格栅，如图1 - 4 所示。 t i k 面噼f 图1 4 织物斜向拉伸示意图 第一章绪论 他们经过计算，在纯剪切条件下织物剪切应变为： t a n 8 2 p + e 2 ( 1 5 ) 其中e 为斜向拉伸，如果应变足够小，剪切应变为2 p ，对应的在足 够小应变条件下剪应力为： f 一形t a n 8 2 ( 1 6 ) 其中：厂为拉伸应力，f ，w 分别为沿侧面作用力和预加张力。 p b u c k e n h a m t 2 8 1 较为详细地介绍了机织物斜向拉伸的测量，他 利用i n s t r o nt e n s o m e t e r 测试了织物的斜向拉伸性能，将测试结果 与由k e s f b 测试的剪切性能指标进行比较，结果表明由斜向拉 伸得到的织物剪切刚度和滞后与用k e s f b 仪器测试的织物剪切 刚度和滞后( 织物在剪切测试中没有出现褶皱的条件下) 之间高度 线性相关。 织物剪切刚度与剪切滞后之间有密切的关系，川端季雄【2 9 1 将 扭矩( 两系统纱线相对旋转而得) 与织物剪切滞后联系起来，已有 研究 3 0 - 3 4 表明剪切刚度与织物剪切滞后之间存在高度的线性相关 性；j l h ue t a l 3 4 1 对不同方向上的剪切刚度与剪切滞后性能之间 的关系作了详细分析，他假设剪切刚度与剪切滞后具有相似的机 理，将研究织物剪切刚度的k i l b y 模型用于探讨织物的剪切滞后性 能，结果表明剪切刚度与剪切滞后的显著相关不仅表现在经纬方向 上而且表现在不同的方向上。 建立织物剪切性能与结构参数之间的模型一直是研究的重点。 一般采取两种方法建立织物剪切模型：一是利用能量分析法，二是 利用织物结构和纱线性质建立力学模型。 织物沿经纬向分别受到拉伸力只、c ，假设在最小能量状态下 各个方向的力平衡，而且纱线体积在变形后不发生变化。h e a r l e 和 s h a n a h a n 35 , 3 6 】推导出如下平衡方程： e + f ，鱼：堕塑+ 堕丝 ( 1 7 ) i y a x 0 0 , c 3 xa 8 、融 第一章绪论 f 塑：丝+ 丝塑+ 堕丝+ 丝一3 1 ) ( 1 8 ) 一二一= 0 - 一二+ 一二+ 一 li -j y a ，i钟l3 0 , 3 l la 岛3 l l 3 d3 1 l f ，鱼：丝+ 丝塑+ 堕丝+ 丝丝 ( 1 9 ) 一。二= 一+ 一二+ 三+ 1 9 ， a z 23 1 2a o , c 9 1 2a 岛3 1 2 c 3 da 1 2 其中：e 一织物结构存储的应变能量；b 、幺一经纬纱纱线的卷曲 角；x 、y 一在一个组织循环中相邻经、纬纱的间距；厶、厶一一个 组织循环中经纬纱长度：d 一经纬纱直径之和。 研究者1 3 5 3 9 利用能量分析法建立了剪切性能与结构参数的关 系模型，能够根据织物结构和纱线性质预测织物剪切力学性能，并 通过c a d 软件应用到实际中去。 g r o s b e r g 和p a r k l 4 0 1 讨论了交织点处纱线从静态到整个接触区 域相互滑移的剪切过程，在四点假设基础上，推导出平纹织物初始 剪切模量及剪切变形角与纱线弯曲刚度和织物结构参数之间的关 系模型。该模型引用了如下四点假设： 1 ) 纱线变形仅由弯曲产生； 2 ) 纱线弯曲刚度为b ； 3 ) 纱线变形过程中不伸长； 4 ) 织物中交织点处的接触长度在经纬方向上都是相同的。 根据这四点假设他们推导出织物剪切变形角乡和剪切初始模量g ： 口= i f l i l 瓦e ( 1 2 - - d ) 3 + 鲁( z - 一d ) 3 ( i - 1 0 ) 并= 壶融硼3 + 争 ( 1 - 1 1 ) 其中：0 一剪切变形角；f 一剪切应力( g ) ；一试样宽度( 绷) ； 丘、一纱线间距( c m ) ；、乞一纱线长度( c m ) ；d 一接触长度； g 一初始剪切模量( g r r a d ) 。 式( 1 10 ) 和( 1 - l1 ) 给出了平纹织物初始剪切模量与纱线的力学 性能及织物结构参数的关系，利用实验方法测试出织物的初始剪切 第一章绪论 模量就可以决定出交织点处的有效接触长度。 n p a n t 4 11 将小变形下的剪切变形行为看作经纬纱交织点间纤 维集合体的弯曲行为和经纬纱交织点处滑动摩擦行为的组合加以 研究。 s k e l t o nt 4 2 】则从织物结构变化的本质上详细讨论了织物的剪切 变形，其讨论限于对单层织物。他认为织物的剪切刚度主要与织物 单位面积内纱线交织点成比例，一般而言，厚重织物由直径较粗的 纤维构成，单位面积内的交织点数要小于由较细直径构成的织物。 因此轻薄织物通常比厚重织物有更大的剪切阻力。假定经纬纱接触 区域纱线为圆形，且直径为d ( 这种假设实际上存在误差) ，他推 导了剪切力矩c 与织物结构参数之间的方程： c = 4 “g 以5 d 5( 1 1 2 ) 其中，“为纱线间的摩擦系数：d 为纱线直径，g 为纱线的弯曲刚 度，刀纱线根数 对于长丝构成的织物，求得剪切刚度( 墨) 与结构参数的关系如下： s l 0 1 2 e d ( n d ) 5 9 n 5 ( 1 - l 3 ) 其中e 为化纤长丝的杨氏模量，秒为剪切变形角，为纱线中化纤 长丝的根数，此方程仅表达了长丝复合纱交织点处的剪切，没有考 虑多重长丝之间可能发生的剪切变形。 l e a f 4 3 1 在pe i r c e 模型基础上，推导了平纹织物剪切模量与结 构参数及纱线弯曲刚度之间的关系方程： 里：翌! ! ! ! 二缝丝坠二生生窆( 1 14 ) g p 2 届p l 履 其中：g 一织物剪切模量：p 、p ：一纱线间距；、乞一纱线长度； d 。、d ：一接触长度；毛，k 2 一由纱线弯曲刚度决定的常数，届，尾 一纱线弯曲刚度 l e a f 4 3 1 通过进一步推导，建立了织物剪切模量与织物经纬向弯 曲刚度之间的关系方程： 第一章绪论 里：! ! ! 二缝蔓+ 坠二生型：( 1 15 ) g b tb ， i 其中：且，曰，一织物经纬向弯曲刚度，用k e s 能够很好的测出织物 弯曲刚度，这样织物真实的剪切模量取决于常数k l ，k 2 。l e a f 根据 自己的研究结果认为织物的成形性基本上决定于织物的弯曲性能， 而与剪切性能没有多大关系。 从上面文献可以看出对于织物剪切性能前人有较广泛而深入 的研究，已有剪切模型可从理论上定量解释剪切性能与结构参数及 纱线弯曲刚度的关系，但模型很难应用于实