Разработка технологии получения деформационных характеристик деталей конструкций швейных изделий

Актуальность темы

В условиях развития инновационной экономики России главным условием успешной работы промышленных предприятий является качество выпускаемой продукции. Одним из факторов управления качеством продукции является достоверное прогнозирование количественных характеристик ее свойств на стадии проектирования.

Чтобы выпустить на рынок конкурентоспособное изделие, необходимо придать ему высокие потребительские качества. Оценка этих качеств будущего изделия на стадии проектирования^ дорогое и, главное, требующее значительных затрат времени занятие. Подобные испытания швейных изделий базируются на оценке результатов опытной носки, требуют выпуска пробной партии изделий, применения различных специальных приспособлений и устройств [7, 36, 64, 79, 99, 116]. Несмотряна значительное количество стандартов и технических условий, регламентирующих методики проведения испытаний, существующие методы не позволяют осуществлять прогноз показателей качества как текстильных материалов в условиях их переработки, так и готовых изделий в процессе их эксплуатации.

При производстве изделий в швейной промышленности применяют разнообразный, постоянно расширяющийся ассортимент отечественных и зарубежных материалов. Появление на текстильном рынке тканей новых поколений, (легких, тонких, пористых, разреженных и подвижных структур, с I пониженной поверхностной плотностью и т. д.), полученных с использованием высоких технологий, заставляет швейников искать новые подходы к решению возникающих проблем, связанных с потерей формоустойчивости и первоначального внешнего вида при эксплуатации изделий из данных тканей. Требование современного рынка — не просто устойчивость формы швейных изделий к воздействиям, но и сохранение туше ткани верха, сохранение «природы» материала, его «живой» структуры.

Классические представления о поведении материалов в процессе изготовления и эксплуатации швейных изделий, существующие методики проектирования, формирования пакета изделия, выбора режимов обработки не обеспечивают требуемого уровня качества.

Для исследования поведения сложных систем и процессов хорошие результаты дает применение математического анализа и компьютерного моделирования [44], которое позволяет исследовать влияние различных факторов как независимо друг от друга, так и в сложном их сочетании. Расчет новых конструкций с использованием систем компьютерного моделирования-стал в последнее время необходимым условием организации циклов создания* новой наукоемкой продукции и успешного продвижения ее как на отечественный, так и на международный рынок. Во многих отраслях промышленности^ применение технологий компьютерного моделирования становится залогом создания конкурентоспособных изделий. Публикации последних лет свидетельствуют об успешномприменении компьютерного моделирования на основе метода конечных элементов (МКЭ) для решения целого ряда задач в легкой и текстильной промышленности [1, 31, 43, 44, 70, 109,112].

Таким образом, определение на стадии проектирования деформационных характеристик деталей конструкций швейных изделий с применением компьютерного моделирования является актуальной научной и практической задачей.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является получение деформационных характеристик деталей конструкций швейных изделий, на стадии проектирования позволяющих осуществлять прогнозирование устойчивости конструкции в эксплуатации.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи: — проанализированы методы исследования деформации и оценки устойчивости конструкций швейных изделий;

— разработана нелинейно-упругая модель свойств текстильного материала для проведения численных экспериментов по определению деформационных характеристик деталей конструкций швейных изделий;

— разработана технология моделирования поведения деталей швейного изделия на основе численных методов механики деформируемого твердого тела;

— разработана конечно-элементная модель, плоских деталей конструкции изделия на примере женского пальто;

— разработана трехмерная конечно-элементная модель изделия, позволяющая определить общие закономерности поведения конструкции изделия в процессе эксплуатации, что позволяет прогнозировать деформационные характеристики на стадии проектирования;

— разработаны рекомендации по использованию предлагаемой технологии получения деформационных характеристик для проектирования устойчивых конструкций, швейных изделий;

— разработано программное обеспечение, позволяющее быстро и гибко изменять параметры конечно-элементных моделей, свойства материалов, приложение нагрузок, как плоских деталей, так. и конструкции изделия в целом.

Объектами исследования являются детали конструкции швейных изделий, (женского пальто).

Предметом исследования являются деформационные процессы в изделиях, деталях конструкций и тканях при активных внешних воздействиях.

Методы исследованийдостоверность и обоснованность результатов. В работе использованы теоретические и экспериментальные’методы-исследования. При разработке математических и компьютерных моделей использовались методы. теоретической механики, сопротивления материалов, дифференциального и интегральных исчислений, линейной алгебры, векторного анализа, математической статистики. Для реализации математических моделей и процессов деформирования нити и ткани применялись численные методы решения уравнений математической физики.

Конструкции изделий были разработаны в трехмерной системе автоматизированного проектирования СТАПРИМ. Трехмерная модель манекена создана с использованием установки ATOS П XL (Advanced TOpometric Sensor), с программой ATOS — 3d Digitizing GOM v6.2.0. Дальнейшая обработка, редактирование чертежей и твердотельных моделей осуществлены с применением программного обеспечения САПР KOMTLAC-3D Vil, SolidWorks 2009. Исследования и анализ полученных моделей выполнялись в CAE среде конечно-элементного моделирования ANS YS. Расчеты иобработка результатов исследований выполнены с применением программных продуктов Microsoft Office, Adobe Photoshop CS4, CorelDraw. Х4.

Достоверность, полученных результатов* и выводов обеспечивается использованием современных аттестованных измерительных средств? и апробированных методик испытаний согласно ГОСТам, уровнем адекватности при переходе от реальных физических, объектов- (ткань, деталь, изделие) к. их аппроксимированным конечно-элементным моделями подтверждается соответствием результатов численных экспериментов реальным натурным испытаниям.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие научные результаты:

— разработана нелинейно-упругая модель свойств текстильного материала, позволяющая осуществлять численные эксперименты по определению деформационных характеристик деталей конструкций швейных изделий;

— разработана конечно-элементная модель плоских деталей конструкции изделия, позволяющаяпрогнозировать деформационные характеристики на стадии проектирования;

— разработана трехмерная конечно-элементная модель изделия, позволяющая определить общие закономерности поведения конструкции в процессе эксплуатации;

— установлены количественные значения величин деформации деталей конструкций изделий в результате силового воздействия (силы тяжести) и поле распределения интенсивности напряжений на примере детали спинки изделия;

— для группы пальтовых тканей научно установлена величина взаимосвязи параметров деталей конструкций и деформационных характеристик.

Практическая значимость результатов работы заключается в следующем:

— предложенная технология определения деформационных характеристик деталей конструкции швейных изделий позволяет на стадии проектирования обеспечивать устойчивость конструкций, готового изделия в эксплуатации;

— разработанная методомоптической' оцифровки, трехмерная модель манекена пригодна дляиспользования вразличных программных средах для решения задач проектирования, конструкций одежды, проведения виртуальных экспериментов, в учебном процессе;

— разработанные конечно-элементные модели деталей и изделий позволяют производить, численные эксперименты по определению деформационных характеристик при разнообразных внешних воздействиях и граничных условиях, чтоВ' свою очередь, позволяет оценить степень их влиянияна формирование показателей качества продукции;

— разработаны рекомендации на основе результатов проведенных численных экспериментов по выбору величин1 конструктивных прибавок, наличию и месту расположения швов в изделии, по выбору зон размещения иформы прокладочных материалов в зависимости от механических и геометрических свойств материалов;

— для определения деформационных характеристик деталей конструкции швейного изделия разработана программа автоматизации процесса конечно-элементного моделирования.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на заседаниях кафедры технологии швейного производства РосЗИТЛП (2007;2011гг.) и на конференциях:

— Межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», г. Москва, ГОУ ВПО «РосЗИТЛП», 2008;

— VI Международной научно-технической конференции «Инновации и перспективы сервиса», ГОУ ВПО УГАЭС, г. Уфа, 2009;

— VII Международной научно-технической конференции «Инновации и перспективы сервиса», ГОУ ВПО УГАЭС, г. Уфа, 2010;

— Международной научно-технической конференции «Инновационность научных исследований в текстильной и легкой промышленности», ГОУ ВПО «РосЗИТЛП», г. Москва, 2010.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 8 печатных работах: тезисах научной конференции, 7 статьях в сборниках научных статей и журналах, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в «Перечень ведущих рецензируемых журналов», утвержденный ВАК Российской Федерации. Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих' выводов, списка использованных источников и приложений. Материалы работы изложены на 119 страницах, содержат 12 таблиц и 40 рисунков.

Список использованных источников

включает 130 наименований. Приложения, включающие исходные данные и результаты проведенных исследований, представлены на 70 страницах.

Общие выводы по работе.

1. Установлено, что существующие методы исследования деформации конструкции одежды в эксплуатации не позволяют получать точные количественные значения величин деформаций и напряженийраспределение напряжений в теле детали для осуществления прогнозирования поведения швейного изделия при эксплуатации.

2. Обосновано для разработки новых методов оценки и прогнозирования эксплуатационных свойств швейных изделий перспективное направление на основе компьютерного моделирования с. использованием метода конечных элементов.

3. Разработана нелинейно-упругая модель свойствматериалов на основе экспериментальных данных, позволяющая осуществлять конечно-элементныйанализ деталей конструкций и моделей готовогоизделия с использованием пакета программ ANSYS.

4. Разработана конечно-элементная модель плоских деталейконструкции швейного! изделия, позволяющая прогнозировать деформационные: характеристики на стадии проектирования;

5- Разработанатрехмерная: конечно-элементная, модель изделияпозволяющая путем проведения численных экспериментов определять общие закономерности поведения1 конструкции изделия в процессе эксплуатациипри разнообразном и сложном сочетании внешних воздействий и граничных условий;

6: Разработана и применена ЗБ-модель манекена женской фигуры, позволяющая осуществлять различные виртуальные эксперименты, в том числе процедуры инженерного анализа.

7. Разработана и применена технология определения деформационных характеристик плоских деталей конструкции швейного изделия и 3 D-модели готового изделия на основе компьютерного моделирования.

8. Реализована программная автоматизация процесса получения деформационных характеристик деталей конструкций швейных изделий, позволяющая быстро и гибко изменять исходные параметры конечно-элементных моделей.

9. Применение разработанной технологии позволяет на стадии проектирования прогнозировать деформационные характеристики как деталей конструкции, так и готовых изделий, способствует совершенствованию конструкции и технологии швейных изделий, с одновременным повышением информативности и снижением временных и материальных затрат при проектировании.

10. Направление и результаты работы могут найти применение в области проектирования швейных изделий, при выполнении научных исследований, при проведении сертификационных испытаний, в учебном процессе при подготовке специалистов для швейной отрасли.