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1、紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),連續(xù)介質(zhì)需要處理三種不同的物理量： 應(yīng)力、應(yīng)變、位移 應(yīng)力：無限微小的每單位面積上的力或力的分量； 應(yīng)變：局部變形； 位移：變形過程中點(diǎn)或線段的運(yùn)動。,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),應(yīng)力、應(yīng)變、位移由三種類型的表征自然規(guī)律方程聯(lián)系： 平衡條件或運(yùn)動方程： 平衡條件表征了應(yīng)力分量及其空間導(dǎo)數(shù)之間的關(guān)系； 在線性問題中，不包括應(yīng)變或位移； 在非線性問題中，包括應(yīng)變或位移； 運(yùn)動學(xué)關(guān)系： 用位移表示應(yīng)變的方程稱作運(yùn)動學(xué)的關(guān)系； 當(dāng)消去方程中的位移，在剩下方程中僅僅包括應(yīng)變，這些方程稱為協(xié)調(diào)方程。,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),應(yīng)力、應(yīng)變、位移由

2、三種類型的表征自然規(guī)律方程聯(lián)系： 平衡條件或運(yùn)動方程： 運(yùn)動學(xué)關(guān)系： 本構(gòu)方程： 由材料性質(zhì)的影響形成的方程組，即本構(gòu)方程； 描寫了應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系。,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),纖維集合體結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析方法 集合體類型：平行纖維束，長絲紗， 短纖紗，混紡紗， 機(jī)織物，針織物和非織造布等。,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),性能間關(guān)系： 纖維性能 紗線結(jié)構(gòu) 紗線性能 織物結(jié)構(gòu) 織物性能 后整理加工 紡織成品,,,,,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),解題步驟： 假設(shè) 試樣的變形 集合體幾何結(jié)構(gòu) 纖維的變形 纖

3、維的性質(zhì) 纖維上產(chǎn)生的力 集合體幾何結(jié)構(gòu)、力的平衡 試樣上的外力,,,,,,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),分析方法： 1：應(yīng)力分析法 2：能量分析法,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),第一節(jié) 平行纖維束的力學(xué)性質(zhì) 一、 Peirce理論(1926年) 二、印度學(xué)者Nathane and Krishna Iyer (1980) 三、 Platt(1952)的工作 四、 1984年印度學(xué)者提出了由束纖維拉伸曲線求單纖纖維的平均強(qiáng)力和斷裂伸長率及其變異系數(shù)(cv)值。,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),一、 Peirce理論(1926年) 假設(shè)：纖維拉伸曲線為直線；各單

4、纖維的彈性常數(shù)不變；斷裂伸長分布為 。 所以，平行纖維束拉伸曲線為： 對上式求導(dǎo)，令 ， 可得平行纖維束強(qiáng)力Fmax。,,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),二、印度學(xué)者Nathane and Krishna Iyer (1980) 認(rèn)為棉纖維的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長是相互獨(dú)立的，并不成正相關(guān)，導(dǎo)出了平行纖維束的拉伸曲線和束纖維強(qiáng)力的表達(dá)式。 (教材式(94)和式(95)),紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),三、 Platt(1952)的工作 教材P317，圖9-4的物理含義或概念很重要。 1、束纖維中纖維強(qiáng)力利用率Q隨纖維斷裂伸長率的CV值增加而降低。 2、Q值隨a/b比

5、值增加而增加。 3、Q值隨纖維平均斷裂伸長率變化規(guī)律與a/b比值有關(guān)。,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),四、1984年印度學(xué)者提出了由束纖維拉伸曲線求單纖纖維的平均強(qiáng)力和斷裂伸長率及其變異系數(shù)(cv)值。 利用了Peirce理論 ， 圖9-5,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),第二節(jié) 長絲紗的力學(xué)性質(zhì) 關(guān)于紗線拉伸時，纖維的斷裂模型或紗線中最先斷裂的是中心部分還是外層纖維的問題，存在兩種絕然不同這觀點(diǎn)： 1，前蘇聯(lián)學(xué)者 外層纖維先斷 2，英、美學(xué)者 中心層纖維先斷,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),外層纖維先斷解釋： 當(dāng)紗線開始受到拉伸時，纖維皺曲減少，伸直度提高，表

6、現(xiàn)出初始階段的伸長變形。這時紗線截面開始收縮，增加了紗中外層纖維對內(nèi)層纖維的壓力。在傳統(tǒng)的環(huán)錠紡紗方法紡成的細(xì)紗中，任一小段都是外層纖維的圓柱螺旋線長，內(nèi)層纖維圓柱螺旋線短，中心纖維呈直線。因而外層纖維伸長大，張力高；內(nèi)層纖維伸長小，張力低；中心纖維可能并未伸長，甚至被壓皺著，各層纖維受力是不均勻的。因此，在細(xì)紗拉伸過程中伸長大的外層纖維先被拉斷，然后逐漸向內(nèi)層纖維斷裂擴(kuò)展。,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),內(nèi)層纖維先斷解釋： 纖維在被加捻成紗過程中，纖維會產(chǎn)生張力，使纖維在紗中形成內(nèi)外反復(fù)轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。由于在纖維轉(zhuǎn)移過程中經(jīng)過力的傳遞和平衡，以及應(yīng)力松弛等過程，在拉伸前的成紗過程中，

7、內(nèi)外層纖維的張力是均勻的，同時在一小段(一個螺距)細(xì)紗范圍內(nèi)，因圓錐形轉(zhuǎn)移的緩慢，纖維在成紗中的排列可近似地看成是分層的圓柱形螺旋線排列結(jié)構(gòu)。這樣，拉伸細(xì)紗使其伸長變形時，紗中各層纖維的伸長變形是不同的，其規(guī)律是：中心纖維伸長變形最大(等于紗線的伸長變形)，外層纖維的伸長變形最小 。因此，紗線斷裂時，中心即內(nèi)層的纖維先斷，然后纖維的斷裂向外層擴(kuò)展。,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),內(nèi)層纖維先斷解釋：,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),一， 應(yīng)力分析法 1，簡單應(yīng)力分析法 假設(shè)：紗線呈圓柱形螺旋線結(jié)構(gòu)； 紗線拉伸時纖維只受拉伸力的作用； 紗線直徑不變；纖維服從虎克定律等。 紗

8、線比應(yīng)力= 紗線模量=,,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),一， 應(yīng)力分析法 2，考慮紗線直徑收縮和纖維橫向壓應(yīng)力時的應(yīng)力分析法,,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),二、能量分析法 1、原理：外力作功=變形能 2，計算步驟：在大變形中，定義應(yīng)變指標(biāo)為伸長比 導(dǎo)出纖維變形r和y，間關(guān)系；計算單位長度紗線中纖維的變形能w；則假設(shè)拉伸時，無能量損耗， 由上述原理 ，或 ，可得到長絲紗線拉伸曲線的理論表達(dá)式。,,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),二、能量分析法 3，長絲紗線拉伸曲線的理論表達(dá)式(935)的應(yīng)用。 4，當(dāng)小變形時，表達(dá)式(935)的結(jié)果與應(yīng)

9、力分析法完全,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),三， 長絲紗的斷裂過程特征 長絲紗的理論拉伸曲線 圖9-15 長絲紗的實(shí)際拉伸曲線 圖9-16，圖9-17，圖9-18,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),第三節(jié) 短纖紗的力學(xué)性質(zhì) 一、分析方法： 1，統(tǒng)計相關(guān)分析法，多元線性回歸(多元非線性回歸未有人做過) 2，半經(jīng)驗(yàn)半理論方法(索洛未也夫棉紗強(qiáng)力公式) 3，理論分析方法 二、純紡短纖紗的理論分析要點(diǎn) 三 混紡紗的力學(xué)性質(zhì),,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),短纖維紗中纖維的軸向張力分布,,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),二、純紡短纖紗的理論分析要點(diǎn) 1、滑脫長度的

10、概念 2、滑脫長度(lc)的計算 3、考慮纖維轉(zhuǎn)移時的滑脫長度(1c)的計算和短紗的模量和比應(yīng)力的理論計算 4、從理論公式中可反映影響短纖紗強(qiáng)度的諸因素,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),1、滑脫長度的概念 短纖紗中纖維斷裂和滑脫示意圖 短纖紗強(qiáng)力=斷裂部分纖維強(qiáng)力+滑脫部分纖維的摩擦阻力 決定滑脫長度的因素，就是影響短纖紗強(qiáng)力的因素。,,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),2、滑脫長度(lc)的計算 簡易算法： ， 考慮滑脫機(jī)率時滑脫長度(1c)的計算方法： 見教材P334。,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),4、從理論公式中可反映影響短纖紗強(qiáng)度的諸因素

11、 纖維長度； 纖維線密度； 纖維表面摩擦系數(shù)； 纖維強(qiáng)度； 紗線捻度； 紗線線密度； 紡紗方法和纖維在紗中的排列形態(tài)等。,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),三 混紡紗的力學(xué)性質(zhì) 由纖維拉伸曲線可預(yù)測混紡紗強(qiáng)度(分析方法與復(fù)合材料相同)，但預(yù)測的混紡紗強(qiáng)度偏高，如果用兩種纖維的純紡紗拉伸曲線來預(yù)測混紡紗強(qiáng)度，則與實(shí)測值較接近。,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),混合紗強(qiáng)度的作用求解示意圖,,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),不同混紡紗的拉伸性能,,,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),第四節(jié) 紗線的彎曲性能 一、紗線的理論彎曲剛度 根據(jù)彎曲具有捻度的紗線時，紗中按螺旋線排列的纖維將受到彎曲和扭轉(zhuǎn)的組合變形，應(yīng)用能量法可解出紗線的最小理論彎曲剛度式(9-66) 詳見參考文獻(xiàn)36，J. TextInst1964，T516-530 二、彎曲滯后矩(矯頑力矩Coereive Couple) 紗線的彎曲滯后矩是由于纖維間的摩擦和纖維本身的力學(xué)滯后引起的。 三、紗線彎曲剛度的測定方法,,,紡織物理,chap9 紗線的力學(xué)性質(zhì),重點(diǎn)討論內(nèi)容： 一 平行纖維束強(qiáng)力和由平行纖維束拉伸曲線求單纖維拉伸性能。 二 考慮纖維間壓縮應(yīng)力和紗線直徑收縮時的長絲紗力學(xué)分析。 三 應(yīng)用能量法解長絲紗的拉伸性質(zhì)。 短纖紗力學(xué)的理論分析。,,,