基于实验模型的机械—织物系统若干性能研究

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随着现代纺织加工装备生产速度的不断提高,装备上的被加工织物会由于机械的动力与运动的有限精度传递性能影响而具有复杂的振动运动形态,如织物上下的振动、波浪形的扭动等;同时,这种织物的振动反过来又对机械的振动产生影响。这不仅对加工出来的织物的均匀性及织物品质产生不利影响,而且还会影响机械的使用寿命与效率。因此,研究机械和织物间的这种耦合影响关系很有意义,其相应理论和方法的提出,将对这类纺织机械的设计研发具有基础支撑作用。本文就是在这样一种背景下进行研究的,也是本文研究的主要目的。织物,作为一种非常特殊的材料,它既有固体的一些性质,又具有织物编织结构特有的性质。织物是柔性纤维形成的庞大数量纤维的集合体,其结构力学研究的一种思路是假设织物为连续介质体。本文运用有限元法在宏观上进行研究,主要是用大型通用有限元软件ANSYS,对机械—织物系统进行若干性能分析。其中织物是本文研究的重点对象,选用ANSYS里的shell63单元来模拟织物的各种特性。本文主要基于机械—织物系统实验模型,运用大型通用有限元分析软件ANSYS,进行若干性能分析。首先对织物进行动态静力分析,用ANSYS对匀拉力织物的拉伸进行大变形几何非线性分析计算,得出织物的变形形态与实际情况中的织物颈缩现象吻合。然后通过改变两端滚筒的外形,用优化设计方法,使织物面内的应力尽可能均匀,结果效果明显。随后,对系统中有一定预紧力的织物本身进行模态分析,得出了其前几阶自振频率和振型,以及各重要参数变化与织物一阶固有频率的关系曲线,进而得出提高系统刚度的几种有效措施;同时,对系统中的滚筒本身也进行了模态分析,得出了滚筒的前16阶弯曲自振频率和振型图。最后对织物—滚筒耦合系统进行模态分析,得到了织物—(钢制)滚筒系统的前几阶固有频率主要由织物决定。所以,我们在进行纺织机械设计研发中,不应像传统设计那样只考虑机械本身,而应更重点考虑织物的动态特性对纺织机械的影响。此外,运用ANSYS分析研究发现:如果制造滚筒的材质为橡胶棒,则织物—(橡胶)滚筒系统的耦合作用明显。研究织物—滚筒系统的若干性能,对于研究机械—织物系统的耦合动态性能具有很大的意义,由此进一步研究建立相应动态设计理论和方法,可为该类纺织机械的设计研发提供重要应用基础理论支持。
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