农用非织造布力学指标测定及卷绕张力优化设计

作     者：夏腾腾 

作者单位：塔里木大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李勇;葛陈勇

授予年度：2023年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 08[工学] 082101[工学-纺织工程] 

主      题：非织造布 卷装 厚壁圆筒理论 弹性力学 卷绕张力 

摘      要：农用非织造布是现代农业生产的重要物料,其可有效改善农业生态、提高生产效益。在农用非织造布的生产、使用等环节,为便于贮存和运输,需要对其进行卷装处理。收卷过程中,非织造布卷装常会出现褶皱、卷材变形不均匀等问题,严重影响产品质量。为获得理想的卷装,本文分析了收卷过程的力学行为,优化了卷绕张力控制曲线。为计算卷装应力,测试非织造布各项指标。非织造布克重为30 g/m,厚度为0.2 mm,布料间静、动摩擦系数分别为0.614、0.501。非织造布可近似认定为平面各向同性材料,弹性模量36 MPa、许用拉力49.645 N,泊松比为0.163。以厚壁圆筒理论为基础,考虑收卷的迭加效应,建立了卷绕力学模型。对比不同参数条件对应力分布的影响,分析了恒张力、恒转矩和锥度张力卷绕的卷筒应力分布。研究发现,泊松比、卷径比、锥度系数等参数均对卷装质量有明显影响。恒张力卷绕的环向应力先减小后增大,存在极小值。恒转矩卷绕的环向应力由内至外逐渐减小,趋近于定值且恒大于0。锥度张力卷绕的环向应力亦先减小后增大,可根据实况设置张力控制曲线。相比恒张力、恒转矩卷绕,锥度张力卷绕能在一定程度上提高卷装质量。以卷筒环向应力分布均匀为目标,“等内张力卷绕可得较为理想的卷装。实际收卷过程中,张力波动必然存在且不可避免。观察实际张力波动曲线,发现张力波动比呈逐渐减小且趋于0,即卷绕张力逐渐稳定。据此设置不同的张力波动模拟曲线,计算张力波动条件下的卷筒应力分布。加快张力稳定时间、减小波动幅值、增大波动周期,均可提高卷装质量。以优化后(等内张力卷绕)的张力曲线为条件,引入实际张力波动和控制偏差,等内张力卷绕可显著提高卷装质量。依照所测力学指标和理论分析结果,采用Abaqus软件,进行非织造布收卷过程的有限元仿真。得到卷筒应力分布图,应力分布在合理范围内且符合理论分布趋势。搭建卷绕实验平台,由薄膜压力传感器测量卷筒内部层间压力,计算得到卷筒径向应力分布。实验结果与理论曲线吻合较好,由内至外逐渐减小并趋于0。经验证,理论分析可行,张力优化结果可指导实际生产。