缝纫方式和预紧力对织物拉拔测试的影响分析

摘要

由美国杜邦公司研制的凯夫拉织物因其轻质量、高强度、抗腐蚀能力强等特性广泛应用于防弹衣制造、复合材料增韧等领域，织物的冲击破坏与纱线模量、摩擦系数和剪切变形等息息相关。本文在论述了纤维织物改性、模型化实验方法和有限元理论模拟等基础上，就不同预紧力、缝纫方式分别进行单纱拉拔测试，从拉拔力、剪切变形、能量耗散角度来讨论织物的变形行为和能量吸收机理，进行有限元模拟并与实验相对比，相关内容如下： 首先，实行不同预紧力下平纹织物的单纱拉拔测试。实验表明，不同预紧力对纱线力-位移曲线趋势并无显著影响，纱线拉拔先后经历了静摩擦和动摩擦两阶段，拉拔力先线性上升随后震荡式下降；预紧力增大了拉拔力最大值，增强了织物的吸能能力并且抑制织物纬纱变形。 其次，完成了不同预紧力下缝纫织物的单纱拉拔测试。结果表明，纱线拉拔经历静、动摩擦两阶段、预紧力越大，缝纫织物最大拉拔力增加越明显。执行相同预紧作用下、不同缝纫方式的拉拔测试，实验表明单、双向编织方式提高了织物强度，弱化了织物动摩擦阶段的抵抗变形能力。 第三，完成了不同交叉点缝纫织物的单纱拉拔测试。实验显示，交叉点增多提高了织物抗拉拔特性，拉拔纱线与交叉点接触总面积增加，拉拔过程变长。单向缝纫增强效果小于双向缝纫，增强效果与交叉点数无比例关系。 第四，利用数字图像相关技术研究了单纱拉拔过程中的织物剪切变形。预紧力和缝纫并不改变织物的基本变形机理，距离拉拔端越近的纬纱变形越大，同根纬纱标记点越靠近拉拔经纱变形越大，拉拔过后的纬纱恢复部分变形，越靠近拉拔端其残余变形越大 最后，对预紧力作用和不同尺寸的单纱拉拔进行有限元数值模拟。结果显示：数值模拟与实验结果吻合。预紧力作用主要被构型调整的纬纱分担，尺寸效应不影响拉拔过程，剪切变形先变大后降为定值，拉拔过程主要通过摩擦作用耗散能量，应变能波浪式降低与织物几何构型有关。有限元模拟有助于理解纱线拉拔应力、应变变化过程，为进一步探究纱线破坏机理、提高织物性能提供借鉴。

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