本文摘要：摘要：研究不同結頭形式的拓撲數與其穩定性的關系。利用ANSYS對編織結、盤頭結、反手結、反手結的受力情況進行模擬仿真，通過科學的量化表征為紡織生產工序提供結頭形式的指導。采用C14.8tex集聚紗進行打結試驗，通過島津AGS型材料試驗機測定種結頭的斷裂強
摘要：研究不同結頭形式的拓撲數與其穩定性的關系。利用ANSYS對編織結、盤頭結、反手結、反手結的受力情況進行模擬仿真，通過科學的量化表征為紡織生產工序提供結頭形式的指導。采用C14.8tex集聚紗進行打結試驗，通過島津AGS型材料試驗機測定種結頭的斷裂強力和斷裂伸長等，并確保結頭都在最大應力點標記處斷開，以保證試驗數據的準確性;計算結頭的強力有效率和伸長有效率作為結頭穩定性評價指標。經對比分析，盤頭結的斷裂強力較高。認為：在紡織生產中可以多采用盤頭結的結頭形式以盡可能保證結頭的牢固程度，減小后續工序紗線斷裂的可能性。
關鍵詞：紗線結頭;拓撲結構;打結穩定性;斷裂強力;仿真分析
“打結”是人類最古老的技術之一，是紡織生產中最常見的操作，結頭的形式影響其相對穩定性。盡管人們已經對打結技術研究了多個世紀，形成不同形式的結頭，在眾多領域廣泛應用。但是，對于紗線結頭形成的拓撲結構和力學之間的相互作用仍然知之甚少。為此，本項目以紗線結頭為研究對象，從理論上研究結頭拓撲結構與其相對穩定性的關系，通過試驗方法驗證結頭形式與其牢度的關系，為紡織生產提出更加科學的打結方式。紡織生產中，在高速絡筒機上自動結頭技術得到了廣泛的應用。
隨著電子清紗器的廣泛應用，紗線上的疵點即可被切除，使得產品質量得到了大幅度提高[2]。但同時這樣的技術也帶來了新的問題，結頭的質量對后道工序的生產效率和產品質量都有很大影響，紗線上增加了大量結頭，例如傳統的自緊結和織布結因結頭結構及結頭尾部長度等因素的影響，對后道工序的生產及質量也帶來了較多的問題。目前，國內已有基于剛柔接觸動力學的打結器虛擬打結方法，利用ADAMS的Bushing連接建立動力學模型用于評價優劣、保證打結器一次性制造成功。
國外已經有學者通過變色光子纖維研究結的力學性質。在現代紡織技術的發展過程當中，不同工藝流程下的不同結頭及其拓撲結構影響著紡織品的質量，我們可以利用拓撲結構理論系統來研究紡織生產中結頭形式的穩定性差異，指導紡紗、整經、漿紗和織造等工序合理選擇結頭形式。因此，本研究對紡織過程中常用的種結頭形式進行了針對性試驗，對其斷裂伸長、斷裂強力、強力有效率、伸長有效率進行了分析，并利用ANSYS中的workbench模塊對不同結頭的受力情況進行模擬仿真，以驗證最終結論的正確性。
1結頭的三維建模
在進行實際的試驗操作前，首先建立編織結、盤頭結、反手結、反手結的三維模型，并利用ANSYS中的workbench模塊對其進行仿真受力分析，可以在一定程度上判斷出各個結頭的結構及受力差異。由于結頭的分析屬于高度非線性模型，操作難度較大，因此，將結頭在一定程度上進行了簡化，將多股紗線簡化為單股圓柱形紗線，方便虛擬仿真試驗的進行。
2虛擬仿真測試
在workbench模塊中對試驗所用材料——棉進行參數填寫，若將模型具體至股線加捻纏結的受力分析[8]，該分析過程將會異常復雜，各股線間的關系也嚴重影響試驗結果的準確性，因此將多股線加捻模型簡化為單根紗線的受力分析模型。在model模塊中，在打結紗線的CD端施加Fixedsupport將其固定，AB端施加隨時間增長而恒速率增加的拉伸力，直至模型達到應力極限并斷裂。
3紗線結頭的力學試驗
對前期收集到的不同結頭形式的穩定性進行量化統計10，采用C14.8tex集聚紗進行打結試驗，通過島津AGS型材料試驗機進行打結紗線的拉力試驗。為保證試驗數據的準確性，需要充分觀察結頭的斷裂位置，確保每種結頭的20組數據都在結頭最大應力點標記處斷開，以便后續對張力進行對比分析.
紡織技術論文投稿刊物：《紡織科技進展》是目前我國西南地區唯一一本綜合性紡織科技期刊，創刊于1979年，每期近30萬字，主要讀者對象為紡織及相關領域的企業管理人員、工程技術人員、科學研究人員及大專院校師生。
4結論
通過ANSYS進行紗線結頭斷裂的仿真試驗，得出初步結論后，利用島津AGS型材料試驗機測定純棉紗正常拉斷時的斷裂強力并與種不同結頭形式的斷裂強力、斷裂伸長進行對比，驗證仿真試驗的結果，最終可以得出以下結論。
(1)根據試驗結論及ANSYS的仿真結果，盤頭結的力學性能最佳，盤頭結的斷裂強力達原紗線的96.69%，斷裂伸長超過原紗線，根據ANSYS的力學受力圖不難得出，產生這種情況的原因是因為盤頭結的拓撲結構比其他結頭形式更加穩定，其拓撲數、股線交叉次數、股線扭曲的方向以及收緊扭結時相鄰股線的滑動方向都優于其他種結頭。
(2)盤頭結作為紡織日常生產流程中常用到的結頭之一，有著優異的斷裂強力與斷裂伸長，為斷頭后重結紗線的后續工藝流程提供了較高的保障，減少了結頭后續再斷的風險，推薦各企業在紡紗、整經、漿紗和織造等工序使用該種結頭。
(3)不同的拓撲結構對結頭的穩定性起著至關重要的影響，盤頭結的性能優異主要是由于其纏結數多于其他種結頭形式，所受拉力在主軸方向得到分散，從而減輕了結頭處的受力。
參考文獻：
[1]KLECKNERD,IRVINEWCreationandynamicsofnottedortices[J].NaturePhysics,2013,9(4):253258.
[2]劉德明國外紗線接頭技術發展動向[J].上海紡織科技,1983,11(11):43-46
作者：趙文銳賀秋森張婧怡馬雪劉建立
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