專利名稱：：一種織物成型性的評價方法及裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種織物成型性的評價方法，尤其涉及一種紡織物成型性的評價裝置。屬于紡織品領域。
背景技術：
：目前，對織物適形性的研究主要集中在適形原理分析、適形實驗以及適形模擬等方面。研究方法主要有以下三種(1)從織物的剪切性能入手，研究織物的變形機理。在織物的適形性研究中，從織物的剪切性能入手研究得最多。剪切學說認為，織物圓滑、無皺褶變形達到的臨界條件是經(jīng)緯紗線間的鎖定角——經(jīng)緯紗線之間最大的允許變化角度。然而，目前還沒有提出計算鎖定角的實用方法，唯一方法還是實驗法，常用的是剪切框測試法。織物的初始剪切模量、剪切變形能和剪切恢復率都可以作為評價織物適形能力的參數(shù)。有人用剪切框獲得了不同織物的剪切鎖定角。并對剪切框進行了改進，發(fā)現(xiàn)紗線寬度的減小與起皺有密切的關系。也有人對平紋、斜紋、五枚經(jīng)面緞紋和八枚緞紋以及經(jīng)編和緯編結構的玻璃纖維織物預成型進行研究，測定了機織物在不同方向上的拉伸性質(zhì)以及機織物的鎖定角，并將織物參數(shù)與鎖定角聯(lián)系了起來。還有文獻運用不同的方法獲取了剪切力與剪切角的關系，認為褶皺與變化的剪切角有關，而剪切角由初始扭曲、摩擦阻力和彈性阻力的簡單累計構成。也有將銷釘鉸接模型應用到復合材料成型中的。Pan和Carnaby假定單位纖維細胞對外部剪切力的初始反應體現(xiàn)在纖維的彎曲和密集區(qū)的滑移。應用單位纖維細胞內(nèi)纖維排列方向的密度函數(shù)來得到滑移區(qū)和非滑移區(qū)的比例。Prodromcm和Chen考慮到平紋織物的單位組織，提供了一個幾何模型來預測織物中出現(xiàn)褶皺等疵點的幾率。Asvadi和Postle應用線性粘彈性理論來分析高剪切應力下織物的剪切性能，他們對機織物在大的剪切變形下的粘彈性和摩擦力進行了大量研究。Grosberg和Park針對機織物在剪切變形的基礎上提出了一個機械模型，該模型考慮到了紗線的巻曲，在這之前因為數(shù)學上的復雜性忽略了紗線的巻曲，除此之外，他還修正了剪切時經(jīng)緯紗交織處的錯誤的摩擦公式，較之以前的模型，該模型給出的理論結果更佳。T.A.Nestor等運用畫框剪切裝置對熱塑性復合材料成型過程中的層內(nèi)剪切現(xiàn)象進行了實驗研究，加深了對板材成型的力學理解，通過與其它流變數(shù)據(jù)相結合，建立數(shù)學模型，用于復雜成型情況的數(shù)值模擬的輸入。這些研究方法和研究結果的局限性在于它們只適應于單層織物，不適應多層織物，而工業(yè)上通常采用多層。而且這方面的研究多以機織物為代表，使用的模型多是Mack和Taylor發(fā)明的銷釘鉸接模型，這些模型往往假設紗線之間是不滑移的。這種假設具有一定的局限性，因為織物在成型時，如箱包、鞋帽和復合材料的加工過程中，經(jīng)緯紗之間的滑移往往是不可避免的。(2)從研究織物的懸垂性入手研究織物在自重作用下的適形效果，可在一定程度上體現(xiàn)織物的適形性。Chu等人發(fā)明了一種懸垂測量儀，并使用這種儀器研究了織物懸垂的彎曲和剪切影響，通過大量的實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，Chu得出了懸垂效果和剪切剛度、以及彎曲剛度有關的結論。該儀器為懸垂研究奠定了一定的基礎。Morooka等人分析了懸垂系數(shù)和織物力學性能的關系，數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示織物的彎曲剛度和重量是織物懸垂系數(shù)的決定性因素。Amirbayat和Hearlel評述了模擬織物懸垂的研究工作，指出織物的懸垂褶皺是織物的雙曲變形產(chǎn)生的，同時指出織物的彎曲剛度、剪切模量在織物懸垂效果中起重要作用。(3)從半球模壓試驗入手，用特制的半球模具沖壓織物，迫使織物在較大的應力下發(fā)生變形，然后通過織物在模壓半球上成形后的外觀反映織物的適形能力。Mohammed，C丄ekakou和M.G.Bader采用雙半球模具對織物進行扣壓成型，模具包括兩部分，上面的部分是聚甲基丙烯酸甲酯PMMA(透明的有機玻璃)制成的模塊，以便觀察織物的變形情況。在該模塊中間部分取一個半徑為100mm的半球空間。模具下半部分用鋁制成，在基座中心有一個半徑97mm的與上半球相匹配的半球。試驗前，先用粗鋼筆在織物試樣上畫出20*20的小格，待成型后，觀察經(jīng)緯紗線在交織點處的角度變化，將變形前后經(jīng)緯紗線之間的角度變化稱為剪切變形角。他們對平紋松散織物、斜紋、緞紋以及平紋緊密織物進行了試驗，通過該方法分析了織物的變形規(guī)律。發(fā)現(xiàn)平紋松散組織和斜紋組織的剪切變形角最大為56度，其次是緞紋組織52度，最后是平紋緊密組織48度，說明了織物變形難易的原因。JiSeokLee等采用半球沖壓裝置分析了平面邊框夾持力對成型形狀的影響，尤其是對NCF無屈曲織物非對稱性成型的影響。他在邊框夾持器上放置不同的載荷來施加夾持力，使夾持力從0.5到61.4kgf變化。通過測量NCF織物中纖維角度的變化，認為邊框夾持力對纖維角度的局部變化起到積極影響，在邊框夾持區(qū)域內(nèi)，NCF織物的非對稱剪切變形得到改善。O.Rozant等利用半球狀活塞裝置，對幾種織物進行了沖壓成型測試，定義了面積拉伸率R,即成型后的面積與初始面積的比值。利用這一指標表征織物的成型能力，該值越大，成型性越好。這種方法適用于延伸性較大的針織物或者彈性很好的膜材料的成型預測。綜上所述，關于織物剪切性能的研究，多用剪切鎖定角來界定織物的起皺極限。研究者對剪切鎖定角進行了很多研究，但是剪切鎖定角多用于機織物的起皺界定，并且基于鉸鏈連接模型的假設。半球成型實驗方法簡單、結果直觀，在很大程度上反映了織物在外力作用下的變形行為，學者們所用的半球成型裝置，多是采用一陽一陰兩個半球模具，對放置在中間的織物進行模壓，使之在半球表面成型?；蛘呤褂冒肭驙顩_頭，對織物進行沖壓，使織物在半球表面變形。半球成型試驗使織物各部位同時受較大且均衡作用力，并迫使織物產(chǎn)生一定伸長，更適于預測彈性膜材料的成型性。但是，半球成型實驗法對織物的約束力往往都比較大，以約束織物不能滑移，一旦織物滑移就容易造成織物的不對稱運動，使實驗難以進行。因此，半球成型實驗法不能很好的模擬織物在小應力條件下的適形能力。另外，陰-陽模半球成型實驗法要求陰模與陽模的圓心相同，否則會造成壓力不均勻。同時陰模與陽模之間的最小間距須與織物的厚度相一致，否則就會造成壓力過大，或過小。因此，已有的研究方法中，無論是半球沖壓法還是懸垂法，都難以有效地模擬織物成型過程中的的受力特點。因此，針對襯布、玻璃纖維復合材料制品、復合醫(yī)用夾板、箱、包、鞋、帽的成型特點，研究一種織物適形能力的評價方法，是十分必要的。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種織物成型性的評價方法及裝置，以有效地模擬織物成型過程中的的受力特點，用于更好的研究評價織物的成型性，便于生產(chǎn)和使用。為解決上述技術問題，本發(fā)明采取的技術方案是，一種織物成型性的評價裝置，包括支架、與支架連接的支持托盤、設置在支持托盤上方的成像裝置以及設置在支架上的驅(qū)動裝置；支持托盤中部設有托盤洞，托盤洞下方設有一個物體模型；在其支持托盤上鋪設織物試樣，在支持托盤內(nèi)，織物試樣上面平鋪有圓球；所述驅(qū)動裝置與物體模型或支持托盤傳動連接。該評價裝置，圓球在支持托盤上對織物試樣施以向下的均勻準約束力；在托盤洞下方的物體模型可以使織物試樣成型；并且設有驅(qū)動該物體模型或支持托盤運動的驅(qū)動裝置。上述的織物成型性的評價裝置，在物體模型或支持托盤下方設有一個力和位移傳感器；所述力和位移傳感器，量程10N-200N，感量O.IN-O.OOIN。上述的織物成型性的評價裝置，成像裝置由布柔光罩、環(huán)形燈管、攝像裝置和燈罩組成，所述攝像裝置位于燈罩頂端中部，所述布柔光罩位于燈罩內(nèi)部，環(huán)形燈管環(huán)扣在布柔光罩外部，各部分裝置構成無影燈結構；攝像裝置為直徑20-100mm的CCD攝像頭。上述的織物成型性的評價裝置，托盤洞是直徑為21mm-101mm的圓孔；使織物試樣成型的物體模型為球狀模型、錐形模型或圓臺形模型，最大直徑為20mm-100mm;在支持托盤上對織物試樣施加的準約束力，由平鋪在織物試樣上面的直徑為0.5mm-12mm的圓球?qū)椢镌嚇邮┘?；圓球的材質(zhì)為鋼、鐵、不銹鋼、玻璃、陶瓷或塑料?！N織物成型性的評價方法，按如下步驟進行(l)取一織物試樣，把它平整的平鋪在上述評價裝置的支持托盤上，并對織物試樣施加向下的均勻準約束力；(2)通過驅(qū)動裝置，推動物體模型向上運動或驅(qū)使支持托盤向下運動，使物體模型頂取織物試樣，使織物試樣表面出現(xiàn)皺褶，并逐漸增加；(3)在物體模型或支持托盤運動的過程中記錄織物試樣褶皺樣式，并且記錄物體模型或支持托盤的位移和所受壓力的大小；(4)經(jīng)過多次的實驗，根據(jù)織物試樣表面褶皺度、物體模型或支持托盤的位移和它所受的壓力計算出織物的成型能力。上述的一種織物成型性的評價方法，在實驗時，將織物試樣裁剪為圓型，直徑在100mm-500mm，在上面畫上直徑最小為5-10mm，最大為120-180mm，級差為5-20mm的同心圓。繪制的物體模型位移-作用力曲線的數(shù)據(jù)，通過力和位移傳感器獲得。該織物成型性的評價方法及裝置，與以往技術相比，能夠更好的使試樣受均勻、可控、隨機的變形約束力；作用于試樣的強迫變形力和試樣的變形位移可測定；對具有不同成型性能的織物有較好的區(qū)分度。圖1為實施例一的織物成型性的評價裝置結構示意2為實施例二的織物成型性的評價裝置結構示意3為織物成型過程圖；圖4為頂球的位移-作用力曲線圖；圖5為試樣1的五塊試樣頂球位移-作用力曲線圖；圖6為試樣1的五塊試樣的成型圖；圖7為試樣6的五塊試樣頂球位移-作用力曲線圖；圖8為試樣6的五塊試樣的成型圖；圖9為褶皺形態(tài)描述示意圖；圖IO為曲線輪廓圖；圖ll為特征輪廓展開圖。具體實施例方式實施例一設置一個織物成型性的評價裝置，如圖1，取一直徑為300mm的織物試樣10，在上面畫上直徑最小為10mm，最大為120mm，級差為10mm的同心圓，并把該織物平整的平鋪于支持托盤4上，在織物試樣10上面平鋪上直徑為5mm的圓球8對織物試樣10施以準約束力；通過驅(qū)動裝置ll，推動傳感器7和物體模型6緩慢上移，頂取織物試樣10，隨物體模型6繼續(xù)的不斷上升，織物試樣10逐漸包裹住物體模型6，并且織物試樣IO表面開始出現(xiàn)皺褶，并逐漸增加，如圖3所示；用攝像裝置l，攝取織物試樣10上皺褶的樣式；在物體模型6頂著織物試樣10上升過程中，通過位移和力傳感器7可記錄物體模型6上升的位移和所受壓力的大小，根據(jù)需要繪出物體模型6的位移-作用力曲線，如圖4所示；這樣多次取樣反復試驗，根據(jù)織物試樣10表面的皺褶程度、物體模型6的位移和物體模型6所受的壓力計算出織物的成型能力。l.影響因素與試驗效果試驗發(fā)現(xiàn)，小鋼球的數(shù)量、頂球的大小和試樣大小等均對試驗結果有顯著影響。通過試驗，選擇小鋼球的直徑5mm，小鋼球的總量為5kg，試樣直徑為300mm為檢驗該方法的有效性，先后做了大量的試驗，表l列出了部分試驗用樣品的規(guī)格。表l部分試驗用樣品的規(guī)格<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>圖5和圖7分別為試樣1和試樣6的五塊試樣的頂球位移-作用力曲線。圖6和圖8分別為試樣1和試樣6的五塊試樣的頂球成型形態(tài)。通過觀察和對比圖5、圖6和圖7、圖8，可以看出對于相同的試樣其頂球位移-作用力曲線及成型形態(tài)是基本一致的，而不同的試樣頂球位移-作用力曲線及成型形態(tài)是不同的，表明該方法具有較好的重現(xiàn)性和區(qū)分度。2.織物褶皺的表征褶皺形態(tài)描述(l)褶皺長度L是指褶皺在球體上"爬升"的距離。由于褶皺在球體上呈三維彎曲的形態(tài)，測量有一定的難度。為此在實驗時可事先在試樣上畫若干直徑呈等差序列的同心圓作為測量尺，如圖9所示，圖9中的同心圓直徑最小為10mm，最大為120mm，級差為10mm。理論上講，最大圓的直徑應大于模型球體周長的一半即可，因為實驗時只考察試樣在模型球體上半球的成型情況。本試驗采用的模型球體的直徑為6cm，因此，褶皺長度應從直徑不小于9cm(6Ji/2a9)的同心圓開始算起。故褶皺1和褶皺4的長度為3cm，褶皺2和褶皺5的長度為2cm，褶皺3的長度為4cm。(2)褶皺寬度w是指褶皺離開模型球體而隆起的寬度。因褶皺的寬度往往為上窄下寬的三角形，因此對于這種形狀的褶皺應在不同的同心圓上分別測量Wj，j=l，2，......m。(3)褶皺高度h是指褶皺離開模型球體延球面法線方向隆起的高度。因為褶皺高度往往不是一個常量，因此應在不同的同心圓上分別測量hj，j=l，2，……m。(4)褶皺數(shù)量n是指褶皺的個數(shù)，如圖9中共有5個褶皺。(5)褶皺銳度k是指褶皺的平均高度與平均寬度之比，8卩*==褶皺分布形態(tài)表征(1)褶皺高度均方差褶皺高度均方差Sh可用下式表征f^|;《％-s)2式中，hu為第j個同心圓的第i個褶皺的高度；h是褶皺的平均高度。(2)褶皺寬度均方差Sw—UK式中，Wu為第j個同心圓的第i個褶皺的寬度；w是褶皺的平均高度。(3)褶皺長度均方差《=,tft-!)2式中，ly為第i個褶皺的長度；1是褶皺的平均長度。[OOeS](4)褶皺分布角度均勻度Se&=,|>廣5)2，R式中，ei為第i個褶皺與第i+i個褶皺的夾角；e是褶皺間的平均夾角。(5)褶皺覆蓋率k是指褶皺的平均寬度與褶皺平均間距的百分比。艮陸=_!^xl00%用上述指標可以比較準確的描述織物的褶皺形狀，可根據(jù)不同的產(chǎn)品，不同的應用要求，綜合運用這些指標制定相應的織物成型性評價體系。3.利用matlab對曲線的識別利用matlab軟件，用圖像識別技術提取曲線的二維曲線形態(tài)進行分析，并判斷織物的成型能力。通過圖像處理得出清晰的曲線輪廓，如圖10所示，然后再將曲線沿角度展開成曲線，如圖11所示。再用數(shù)學方法求出表征成形性的各項特征指標。實施例二設置一個織物成型性的評價裝置，如圖2，取一直徑為500mm的織物試樣，在上面畫上直徑最小為5mm，最大為180mm，級差為5mm的同心圓，并把該織物平整的平鋪于支持托盤上，在織物試樣上面平鋪上直徑為lOmm的鋼球?qū)椢镌嚇邮┮詼始s束力；通過動力裝置，使支持托盤向下運動，使物體模型頂取織物試樣，隨著支持托盤持續(xù)的不斷下降，織物試樣逐漸包裹住物體模型，并且織物試樣表面開始出現(xiàn)皺褶，并逐漸增加；用成像裝置，攝取織物試樣上皺褶的樣式；從物體模型接觸織物試樣開始，支持托盤不斷下降的過程中，通過位移和力傳感器可記錄支持托盤下降的位移和所受壓力的大小，根據(jù)需要繪出支持托盤的位移-作用力曲線；這樣多次取樣反復試驗，根據(jù)織物試樣表面的皺褶程度、支持托盤的位移和所受的壓力計算出織物的成型能力。權利要求一種織物成型性的評價裝置，包括支架(12)、與支架連接的支持托盤(4)，在支持托盤(4)中部設有托盤洞(5)，在支持托盤(4)上方設有成像裝置，其特征在于在支持托盤(4)上對織物試樣(10)施以向下的均勻準約束力；在托盤洞(5)下方設有一個使織物試樣(10)成型的物體模型(6)；并且設有驅(qū)動該物體模型或支持托盤運動的驅(qū)動裝置(11)，物體模型或支持托盤與驅(qū)動裝置(11)傳動連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種織物成型性的評價裝置，其特征在于所述在支持托盤(4)上對織物試樣施加的準約束力，由平鋪在織物試樣上面的直徑為0.5mm-12mm的圓球(8)對織物試樣(10)施加，圓球(8)的材質(zhì)為鋼、鐵、不銹鋼、玻璃、陶瓷、塑料。3.根據(jù)權利要求1所述的一種織物成型性的評價裝置，其特征在于在使織物試樣(10)成型的物體模型(6)或支持托盤(4)下方設有一個力和位移傳感器(7)。4.根據(jù)權利要求1所述的一種織物成型性的評價裝置，其特征在于所述成像裝置由布柔光罩(2)、環(huán)形燈管(3)、攝像裝置(1)和燈罩(9)組成，所述攝像裝置(1)位于燈罩頂端中部，所述布柔光罩(2)位于燈罩(9)內(nèi)部，環(huán)形燈管(3)環(huán)扣在布柔光罩(2)外部，各部分裝置構成無影燈結構；攝像裝置(1)為直徑20-100mm的CCD攝像頭。5.根據(jù)權利要求1所述的一種織物成型性的評價裝置，其特征在于所述托盤洞(5)是直徑為21mm-101mm的圓孔。6.根據(jù)權利要求1所述的一種織物成型性的評價裝置，其特征在于所述使織物試樣(10)成型的物體模型(6)為球狀模型、錐形模型和圓臺形模型，模型最大直徑為20mm-100mm。7.根據(jù)權利要求3所述的一種織物成型性的評價裝置，其特征在于所述力和位移傳感器(7)，量程10N-200N，感量0.1N-0.001N。8.—種織物成型性的評價方法，其特征在于，按如下步驟進行(1)取一織物試樣(IO)，把它平整的平鋪在支持托盤(4)上，并對織物試樣(10)施加向下的均勻準約束力；(2)通過驅(qū)動裝置(11)，推動物體模型(6)向上運動或驅(qū)使支持托盤(4)向下運動，使物體模型(6)頂取織物試樣(10)，使織物試樣(10)表面出現(xiàn)皺褶，并逐漸增加；(3)在物體模型(6)或支持托盤(4)運動的過程中記錄織物試樣(10)褶皺樣式，并且記錄物體模型(6)或支持托盤(4)的位移和所受壓力的大小；(4)經(jīng)過多次的實驗，根據(jù)織物試樣(10)表面褶皺度、物體模型(6)或支持托盤(4)的位移和它所受的壓力計算出織物的成型能力。9.根據(jù)權利要求8所述的一種織物成型性的評價方法，其特征在于實驗時，將織物試樣(10)裁剪為圓型，直徑在100mm-500mm，在織物試樣(10)上面畫上直徑最小為5-10mm，最大為120-180mm，級差為5-20mm的同心圓。10.根據(jù)權利要求8所述的一種織物成型性的評價方法，其特征在于繪制物體模型位移-作用力曲線的數(shù)據(jù)，通過力和位移傳感器(7)獲得。全文摘要一種織物成型性的評價裝置及方法，包括支架、支持托盤、托盤洞和成像裝置，其在支持托盤上對織物試樣施以準約束力；在托盤洞下方設有一個使織物試樣成型的物體模型；并且設有驅(qū)動該物體模型或支持托盤運動的動力裝置，同時在支持托盤上方配有成像裝置，可以將織物成型的形態(tài)記錄下來，并運用專門的軟件對記錄的形態(tài)加以識別和分析，得出織物成型性的評價結果。該方法及裝置能夠更好的使試樣受均勻、可控、隨機的變形約束力；作用于試樣的強迫變形力和試樣的變形位移可測定；對成型性能不同的織物有較好的區(qū)分度。文檔編號D06H3/08GK101691691SQ20091001838公開日2010年4月7日申請日期2009年9月16日優(yōu)先權日2009年9月16日發(fā)明者曹楠楠,杜玉平,許文娜,陳韶娟,馬建偉申請人:青島大學