基于Burgers四元件模型的织机经纱蠕变及横向振动特性研究

摘要

随着现代科技水平的提高，织机织造技术向更加自动、高速、连续、智能的方向不断发展。织机经纱张力变化对织造性能有重要影响，主要体现在两方面，一方面在织机处于停机时，织物和经纱在蠕变作用下产生织口位置移动，导致织机重新启动时，织造位置的改变会使织物出现密度不均匀的情况，严重影响织物质量，另一方面在织造过程中经常会出现断经现象，生产效率下降。本文通过对织机经纱蠕变及横向振动特性研究，为提高织机织造效率提供理论支持。
　　首先，本文分析经纱粘弹性力学特性的本构关系，建立经纱粘弹性蠕变模型，并对不同线密度棉质经纱进行蠕变试验。通过对不同蠕变本构模型采用matlab非线性拟合的方法拟合试验数据，得到表征经纱蠕变性能的最优模型为Burgers四元件模型，并计算得到Burgers四元件模型各元件的参数值。根据经纱的品种、织机上经纱的张力和停机时间求解经纱的蠕变伸长，为重新开机时织口的智能定位提供理论依据。
　　其次，本文对粘弹性本构理论进行分析，采用Prony级数转化公式将Burgers四元件模型的粘弹性参数转化为有限元分析的粘弹性参数，通过ANSYS有限元仿真对蠕变过程进行有限元瞬态动力学分析。仿真和试验结果的对比表明该方法能够较好模拟蠕变过程的非线性特性。
　　最后，本文研究了织机在织造过程中经纱受到开口运动影响的受迫运动，并该受迫运动视为以轴向运动的粘弹性弦线振动为模型，同时考虑材料的粘弹性（使用Burgers四元件模型）和几何变形下的非线性运动。此外本文还分析了经纱微段模型的受力和运动情况，对经纱动力学模型进行非线性动力学分析得到粘弹性经纱非线性横向振动方程。采用Galerkin截断方法对方程进行一阶截断，并应用四阶五级Runge-Kutts-Felhberg算法研究经纱材料特性与各参数对横向振动的影响。其结果表明提高经纱运动速度，增加阻尼系数，减小张力波动比，调整初始条件，可以降低经纱振动频率和振动幅度，从而降低经纱断经率。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状和发展趋势

1.3课题研究的主要内容

第二章 基于粘弹性本构关系的蠕变试验研究

2.1粘弹性力学本构模型简介

2.2经纱蠕变参数试验

2.3蠕变试验结果拟合分析

2.4本章小结

第三章 经纱蠕变特性有限元仿真

3.1粘弹性本构理论基础

3.2四元件模型参数在ANSYS中的实现

3.3蠕变试验的数值仿真

3.4本章小结

第四章 粘弹性经纱非线性横向振动特性研究

4.1经纱动力学建模

4.2基于经纱模态的Galerkin截断

4.3仿真分析各参数对横向振动的影响

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢