ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

СТАРУН НАТАЛЯ ВАЛЕНТИНІВНА

УДК 677.027.431;519.95

ВИВЧЕННЯ ПОШАРОВОЇ СТРУКТУРИ ПАКОВКИ ХРЕСТОВОЇ НАМОТКИ

МЕТОДОМ ІМІТАЦІЙНОГО МОДЕЛЮВАННЯ

05.19.03 – технологія текстильних матеріалів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ХЕРСОН – 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Херсонському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Сис Вячеслав Борисович, Херсонський державний технічний університет, доцент кафедри біомедичної електроніки

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Кльонов Володимир Борисович, Херсонський державний технічний університет, професор кафедри обладнання легкої промисловості і побутового обслуговування

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Поліщук Степан Олександрович, ВАТ “Барвник”, м. Рубіжне, начальник відділу маркетингу

Провідна установа:

Технологічний університет Поділля, кафедра хімічної технології, Міністерство освіти і науки України, м. Хмельницький

Захист відбудеться 25.10.2001 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .052.02 при Херсонському державному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського державного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24

Автореферат розісланий 21.09.2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Структура паковки в технологічній системі рідинної обробки здійснює домінуючий вплив на якість готової продукції та її собівартість. У процесі фарбування на перфорованих патронах деформований стан нитки в контактних площадках є однією з головних причин утворення точкового непрофарбування в шарі у патрона, а на його поверхні - причиною навіть руйнування нитки. У результаті цього до 5% готової продукції стає неякісною, що означає втрату коштовних сировини й енергії. Тому вирішення проблеми підвищення якості продукції неможливо без детального вивчення структури паковки.

Паковка хрестової намотки являє собою складну трирівневу систему “тіло паковки – нитка – волокно”, проникнення розчину всередину якої відбувається поетапно на всіх структурних рівнях. Складність структури є однією з головних причин того, що дотепер на рівні нитки вона залишається мало вивченою, тому що унаслідок напружено-деформованого стану будь-яка спроба проникнення в структуру паковки призводить до її порушення. У зв'язку з цим виникає необхідність в розробці нових підходів, одним із яких є метод імітаційного моделювання, що дозволяє досліджувати структуру паковки у вигляді комп'ютерної моделі.

Таким чином, дослідження структури паковки є актуальною задачею. Рішення цієї задачі відкриває можливості для подальшого удосконалювання технологічної системи рідинної обробки ниток у паковках шляхом розробки нових ефективних технічних рішень, спрямованих, у першу чергу, на підвищення якості готової продукції.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно із планом досліджень Херсонського державного технічного університету, за напрямком “Розробка ресурсозберігаючих технологій обробки текстильних матеріалів” і відповідно завданням, що викладені в Державній програмі розвитку легкої промисловості України на період до 2000 року, затвердженої Кабінетом Міністрів України (КМУ) від 29.01.1996 р. № , а також за напрямком “Технологічне переозброєння базових галузей у напрямку зниження рівнів ресурсо- і енерговитрат” програми реформування економіки і соціально-економічного розвитку Херсонської області на період до 2001 року, що розроблена згідно із дорученням КМУ від 20.06.1998 р., № на підставі концепції стабілізації і реформування економіки Херсонської області відповідно до Програми “Україна 2010” і Державної програми соціально-економічного розвитку Українського Причорномор'я, затверджених рішенням VIII сесії обласної Ради народних депутатів XXIII скликання від 8.04.1999 р., № .

Особистий внесок здобувача полягає в дослідженні пошарової структури паковки і розробці на цій основі нових технічних рішень, спрямованих на удосконалення технології рідинної обробки ниток у паковках.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є удосконалення технології рідинної обробки ниток у паковках хрестової намотки на основі детального вивчення структури паковки на рівні нитки.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішені наступні задачі: виконаний аналіз впливу структури паковки на результати рідинної обробки і декомпозиція структури паковки як тіла намотки; побудовані і досліджені імітаційні моделі процесу навивання нитки, а також розподілу: слідів нитки в радіально-осьовому перерізі тіла паковки, контактних площадок перетинання витків по розгортках шарів паковки, контактних площадок перетинання нитки з краями перфорацій; розроблені нові спосіб і пристрій рідинної обробки паковок; розроблені нові конструкції перфорованих патронів.

Об'єкт дослідження – технологічна система рідинної обробки ниток у паковках.

Предмет дослідження – структура паковки хрестової намотки, призначеної для рідинної обробки.

Методи дослідження. Задачі, поставлені в роботі, вирішені з використанням методу декомпозиції складних систем, методів аналізу і синтезу, методу імітаційного моделювання. Обробка результатів машинного експерименту виконана в Microsoft Office 2000 з використанням сучасних засобів математичної обробки, інтегрованих у пакет Microsoft Graph 2000.

Наукова новизна одержаних результатів:

­ дістала подальший розвиток концепція контактних площадок у механізмі впливу структури паковки на результати рідинної обробки;

­ вперше виконана декомпозиція модельної структури паковки, призначеної для рідинної обробки, як тіла намотки;

­ вперше отримані кількісні характеристики розподілу контактних площадок перетинання витків по розгортках шарів паковки в окружному і осьовому напрямках;

­ вперше отримані залежності розподілу контактних площадок перетинання траєкторії нитки з краями перфорацій від кута підйому витків і розмірів перфорацій;

­ сформульовано принцип динамічної перекомпоновки контактних площадок.

Практичне значення одержаних результатів:

­ розроблено новий спосіб і пристрій рідинної обробки ниток у паковках;

­ розроблено нові конструкції перфорованих патронів для рідинної обробки ниток у паковках;

­ розроблено локальні математичні моделі й алгоритми імітаційних моделей формування структури паковки;

­ отримано візуальні образи пошарової структури і радіально-осьового перерізу тіла паковки.

Впровадження розроблених технічних рішень, спрямованих на удосконалення технології рідинної обробки ниток у паковках, дозволить текстильним підприємствам підвищити якість і знизити собівартість готової продукції.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача полягає в критичному аналізі науково-технічної і патентної інформації з питань формування структури паковки хрестової намотки, методів математичного і комп'ютерного моделювання; у постановці й обґрунтуванні задач дослідження, у проведенні теоретичних і експериментальних досліджень і формулюванні основних висновків дисертаційної роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися:

· на Міжнародній конференції з математичного моделювання “Физико-технические и технологические приложения математического моделирования”, м. Київ, 1998 р.;

· на VIII Міжнародному Симпозіумі “Методы дискретных особенностей в задачах математической физики”, м. Феодосія, 1999 р.;

· на VIII Міжнародній Науковій конференції ім. акад. Н. Кравчука, м. Київ, 2000 р.;

· на Міжнародній конференції “Dynamical Systems Modelling and Stability Investigation”, м. Київ, 2001 р.;

· на наукових семінарах кафедри хімічної технології волокнистих матеріалів, 2001 р.; кафедри прикладної математики і математичного моделювання, 2000 р.; кафедри обладнання легкої промисловості і побутового обслуговування, 2001 р.;

· на міжкафедральних наукових семінарах Херсонського державного технічного університету, м. Херсон, 2001 р.

Публікації. Публікації з теми дисертаційної роботи складаються з 13 найменувань, у тому числі статей у збірках наукових праць і наукових журналах – 10, тез доповідей на конференціях – 3. Подано три заявки на винаходи.

У роботах, виконаних у співавторстві, здобувачу належать: результати детального вивчення процесу намотки і характерних неоднорідностей структури паковки; побудова і дослідження комп'ютерних моделей формування структури паковки, а також розподілу контактних площадок на розгортках шарів паковки.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на 170 сторінках, містить 9 таблиць, 74 рисунка і складається з вступу, шести розділів, висновків і додатків. Список використаних джерел включає 127 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі визначена актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, показані наукова новизна і практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі виконаний аналітичний огляд літературних джерел, присвячених дослідженню структури паковки, призначеної для рідинної обробки. Специфіка даної проблеми відбита в роботах С. О. Александрова, В. Б. Кльонова, Р. П. Якимчука, І. Й. Вайнера, Ю. М. Бардачова й інших авторів, а також ряду закордонних учених, серед яких М. Дентон, Ф. Вегенер та інші.

Аналіз літературних джерел показує, що на хід і результати рідинної обробки паковки впливають такі особливості її структури, як стрічкова і джгутова намотка. Однак у літературних джерелах відсутній детальний опис цих особливостей з погляду їхнього впливу на результати рідинної обробки. Тому необхідні дослідження для виявлення будови подібних структур й інших неоднорідностей і їхнього пошарового розподілу в тілі паковки на рівні нитки. У зв'язку з цим у роботі прийнята і розвинута концепція контактних площадок, утворених перетинанням витків нитки між собою і з краями перфорацій патрона. Розглянуто переваги і недоліки існуючих способів інтенсифікації процесу, що дозволяють зменшити негативний вплив структури паковки на його результати.

Проаналізовано основні підходи до дослідження структури паковки. Такі методи, як натурне експериментування, аналітичне і статистичне моделювання у чистому вигляді практично незастосовні внаслідок складності об'єкта дослідження. Показано, що найбільш перспективним є метод імітаційного моделювання, що розглядається як експеримент із комп'ютерною моделлю.

На підставі виконаного огляду й аналізу літературних джерел сформовані основні напрямки, поставлені задачі і сформульована мета дослідження.

В другому розділі розглянуті характеристики об'єкта дослідження, а також виконаний аналіз взаємозв'язку структури паковки і результатів рідинної обробки.

У роботі розглядається паковка хрестової намотки циліндричної форми, сформована за допомогою мотального барабанчика постійного кроку на перфорованому патроні. За нитку обрана бавовняна швейна нитка 21,7 тексґ3. Швейні нитки є одним з найбільш складних об'єктів рідинної обробки, що пояснюється особливостями їхньої структури.

Навивання нитки в процесі формування паковки з деяким натягом обумовлює її напружено-деформований стан. Витки нитки складним чином переплітаються між собою, утворюючи ромбічні осередки. У місцях перетинання утворюються контактні площадки, у яких нитка деформується. У рамках розвитку концепції контактних площадок виконаний аналіз впливу структури паковки на процес рідинної обробки. Встановлено, що процес рідинної обробки лімітується контактними площадками. На поверхні патрона поперечна деформація нитки в контактних площадках може призвести до утворення точкового непрофарбування і навіть до руйнування нитки. У результаті цього частина готової продукції стає неякісною, що означає втрату коштовної сировини й енергії, витраченої на його обробку. Утворенню непрофарбування також сприяє нерівномірне омивання струменями розчину ділянок нитки в просвіті перфорацій і в тіні перемичок. Встановлено, що поліпшити результати рідинної обробки можна шляхом забезпечення більш рівномірного розподілу контактних площадок у структурі паковки.

У третьому розділі виконана розробка способів дослідження структури паковки.

Перехід на рівень нитки зажадав пошуку нових підходів до дослідження, тому що прямий експеримент утруднений напружено-деформованим станом паковки, який призводить до порушення структури при будь-якій спробі проникнення в неї. Оскільки дослідження структури паковки виконується з метою удосконалення технології рідинної обробки, паковка розглядається як центральний компонент технологічної системи рідинної обробки ниток у паковках. З метою виявлення “вузьких місць” виконана декомпозиція технологічної системи рідинної обробки, а також декомпозиція структури паковки як тіла намотки. На цій основі визначені основні етапи і напрями дослідження структури паковки методом імітаційного моделювання.

Четвертий розділ присвячений дослідженню структури паковки на стадії намотки методом імітаційного моделювання і складається з чотирьох підрозділів.

У підрозділі 4.1 побудована базова модель процесу навивання нитки для варіанта формування паковки на циліндричній основі за допомогою мотального барабанчика постійного кроку. Траєкторія точки набігання в проєкції на площину X0Z включає праву і ліву гвинтові лінії (спіралі), які чергуються і можуть бути описані наступними системами рівнянь у параметричній формі:

(1)

де xsp, ysp, zsp - координати точки набігання правої спіралі;

xsl, ysl, zsl - координати точки набігання лівої спіралі;

R - радіус тіла намотки паковки;

j - кутовий параметр положення точки набігання щодо площини XOZ;

R tgb = h/2p , де h - крок гвинтової лінії;

b - кут підйому витків.

Кожна спіраль при досягненні торцевої ділянки плавно переходить у криву, що сполучає спіралі протилежного знаку. Для кривих, що сполучають, отримана система рівнянь, у якій знак “+” відповідає правій еліптичній лінії, а знак “-” - лівій:

(2)

Одержана сукупність рівнянь компонентів траєкторії точки набігання склала основу алгоритму імітації процесу навивання нитки, реалізованого у вигляді комп'ютерної програми.

У підрозділі 4.2 побудована імітаційна модель розподілу слідів траєкторії нитки в радіально-осьовому перерізі тіла паковки з метою одержання інформації про пошаровий розподіл неоднорідностей в осьовому й окружному напрямках паковки. Для цього спільно вирішені рівняння кожного компонента траєкторії точки набігання і площини перерізу. На базі отриманих локальних моделей розроблений алгоритм імітаційної моделі і відповідна комп'ютерна програма.

У підрозділі 4.3 побудована імітаційна модель розподілу контактних площадок на розгортках шарів паковки. У математичному відношенні ця задача зводиться до спільного рішення систем рівнянь, що описують праві й ліві гвинтові лінії, які чергуються, радіуса R з кутом підйому витків в на міжторцевій ділянці Н (рис. ).

Рівняння висхідного і спадного витків відповідно мають вигляд:

; (3)

Спільне рішення рівнянь (3) дає вираження для обчислення координат x,контактних площадок у площині розгортки шарів:

; (4)

На основі отриманих виразів розроблено відповідний алгоритм, програмно реалізований у вигляді імітаційної моделі.

У підрозділі 4.4 досліджені імітаційні моделі процесу формування структури паковки. Результати дослідження імітаційної моделі процесу навивання нитки у вигляді візуальних образів структури шарів (рис. ) показали, що: 1) характер розподілу витків у різних шарах унікальний; 2) на характер розподілу впливає зміна кута підйому витків нитки; 3) спостерігається чергування шарів з відносно рівномірним розподілом витків (шар №1), нерівномірним (шар №12, намотка стрічкою), і вкрай нерівномірним (шар №24, намотка джгутом). Структура шарів зі стрічковою і джгутовою намоткою є найбільш несприятлива для рідинної обробки. Розподіл витків в інших шарах носить проміжний характер.

Дослідження імітаційної моделі пошарового розподілу слідів траєкторії нитки в радіально-осьовому перерізі тіла паковки було здійснено для трьох значень кута підйому витків в1=р/18, в2=р/15, в3=р/12 при 200 шарах намотки. Отримано картини пошарового розподілу слідів траєкторії нитки в площині перерізу паковки (рис. ), з яких випливає, що сліди розподілені нерівномірно як усередині окремих шарів, так і між шарами, а в торцевій ділянці слідів міститься відносно більше. Зростання кута підйому витків призводить до загального зменшення щільності розподілу слідів. З метою вивчення розподілу слідів в окружному напрямку паковки отримані картини для шести рівновіддалених положень січної площини в окружному напрямку з кроком р/3 для кута підйому витків в=р/15.

Далі була досліджена імітаційна модель розподілу контактних площадок перетинання витків на розгортках 20 шарів. Результати, отримані у вигляді зображень і гістограм (рис. ), демонструють нерівномірний характер структури шарів. Отримані результати показують, що: 1) рисунок розподілу контактних площадок у кожнім шарі унікальний; 2) за ступенем рівномірності розподілу всі шари можна поділити на відносно рівномірні (наприклад, шар №1), нерівномірні (шар №13, стрічкова намотка) і яскраво виражені нерівномірні (шар №20, джгутова намотка).

П'ятий розділ присвячений дослідженню розподілу контактних площадок перетинання нитки з краями перфорацій на поверхні патрона. Цей розділ включає три підрозділи.

У підрозділі 5.1 складена математична модель формування контактних площадок перетинання нитки з краями перфорацій для циліндричного патрона із шаховим розташуванням перфорацій круглої форми і подовжньо-щілинних перфорацій. На розгортці циліндричної поверхні контактні площадки виникають як результат перетинання витків, представлених у вигляді відрізків прямих ліній з кутовим коефіцієнтом aв. Вони рівномірно заповнюють із кроком Дb по осі 0Y площу поверхні розгортки з круглими перфораціями (рис. , 6).

Задача взаємодії витка з краями одиночної перфорації в математичному аспекті зводиться до рішення системи рівнянь:

(5)

корені якої являють собою координати точок перетинання траєкторії нитки з краями перфорації, тобто контактних площадок:

(6)

Розміщення подовжньо-щілинних перфорацій описується всього двома параметрами – горизонтальним кроком Дc і шириною m. У цьому випадку система та її рішення мають такий вигляд:

(7)

У підрозділі 5.2 розроблений алгоритм імітації розподілу контактних площадок перетинання нитки з краями перфорацій.

У підрозділі 5.3 виконане дослідження імітаційної моделі розподілу контактних площадок перетинання нитки з краями перфорацій круглої і подовжньо-щілинної форми. Досліджено залежність рівномірності розподілу від геометричних розмірів перфорацій і кута підйому витків в. Ступінь рівномірності розподілу контактних площадок оцінювався шляхом обчислення коефіцієнта варіації н зміни довжини ділянки траєкторії нитки між сусідніми контактними площадками. Отримано картини розподілу контактних площадок, а також графік залежності коефіцієнта варіації від радіуса перфорацій (рис. ). Результати дослідження показують, що зміна коефіцієнта варіації н із зростанням радіуса перфорацій від 2 мм до 5 мм має складний характер з тенденцією до зменшення в інтервалі від 0,77 до 0,69 для базового значення кута підйому витків в=р/15.

У рамках дослідження впливу на розподіл контактних площадок кута підйому витків в отримано відповідні картини, а також побудована залежність коефіцієнта варіації розподілу контактних площадок від величини в (рис. ). Результати дослідження свідчать про те, що при зменшенні кута підйому витків у межах від р/12 (0,26 рад.) до р/18 (0,17 рад.) для радіуса перфорації 3,5 мм коефіцієнт варіації змінюється в межах від 0,77 до 0,70 із загальною тенденцією до зменшення.

Результати дослідження розподілу контактних площадок для подовжньо-щілинних перфорацій (рис. ) показують, що: 1) характер розподілу контактних площадок рівномірний, близький до ідеального; 2) при зміні ширини перфорацій характер розподілу контактних площадок не змінюється; 3) при зміні ширини перфорацій від 0,5 мм до 4 мм коефіцієнт варіації змінюється відповідно від 0,03 до 0,08; 4) залежність має складний характер при загальній тенденції до зростання коефіцієнта варіації із зростанням ширини перфорацій; 5) ступінь рівномірності розподілу контактних площадок не залежить від кута підйому витків.

Отримані результати свідчать про те, що для досліджених значень параметрів подовжньо-щілинні перфорації в порівнянні з круглими забезпечують значні переваги, зокрема, у середньому на порядок меншу нерівномірність розподілу контактних площадок.

У шостому розділі розроблені нові технічні рішення, спрямовані на удосконалення технології рідинної обробки ниток у паковках на основі результатів дослідження імітаційних моделей. Розділ включає два підрозділи.

У підрозділі 6.1 запропоновані новий спосіб рідинної обробки паковок і пристрій для його здійснення. В основу способу покладений принцип динамічного перекомпонування контактних площадок, реалізований у пропонованому пристрої шляхом забезпечення мікропереміщень контактних площадок у ході операції обкатки. Додаткове використання вакуумування і НВЧ нагрівання паковки забезпечують у порівнянні з існуючою технологією поліпшення якості рідинної обробки паковок, зменшення швидкості циркуляції розчину, часу обробки і витрат енергії. При цьому стає доцільною рідинна обробка малих партій паковок, аж до індивідуальної, при дуже низькому модулі ванни (до 1:1).

Підрозділ .2 присвячений розробці нових технічних рішень у конструюванні перфорованих патронів з використанням результатів дослідження подовжньо-щілинних перфорацій. Розроблено дві конструкції патронів з подовжньо-щілинними перфораціями: радіально-тангенційна і радіально-тангенційно-канальна. Загальною і головною їхньою конструктивною ознакою є перфорації подовжньо-щілинної форми, які, крім того, виконані таким чином, щоб забезпечувати тангенційну складову подачі розчину в шар матеріалу на поверхні патрона. Це дозволяє поліпшити умови рідинної обробки ниток у паковках у порівнянні з круглими перфораціями завдяки більш рівномірному розподілу контактних площадок на перфорованій поверхні патрона і зменшенню застійних зон за перемичками.

ВИСНОВКИ

1. Вивчено пошарову структуру паковки хрестової намотки на рівні нитки методом імітаційного моделювання. На основі отриманих результатів дослідження імітаційних моделей запропоновані нові технічні рішення, спрямовані на удосконалення технології рідинної обробки ниток у паковках.

2. Виконаний аналіз впливу структури паковки на результати рідинної обробки. Встановлено, що структурними компонентами, що лімітують процес рідинної обробки ниток у паковках, є контактні площадки перетинання витків між собою і з краями перфорацій на поверхні патрона.

3. Уперше виконана декомпозиція структури паковки, призначеної для рідинної обробки, за компонентами траєкторії, структурними рівнями, ділянками і неоднорідностями.

4. Вперше розроблені локальні математичні моделі й алгоритми імітаційної базової моделі формування структури тіла паковки. У ході комп'ютерного експерименту вперше отримані візуальні образи структури шарів паковки.

5. Розроблено імітаційні моделі розподілу: слідів нитки в радіально-осьовому перерізі тіла паковки; контактних площадок перетинання витків на розгортках шарів паковки; контактних площадок перетинання нитки з краями перфорацій. Вперше одержані візуальні образи (картини) радіально-осьового перерізу тіла паковки; картини і гістограми розподілу контактних площадок перетинання витків на розгортках шарів паковки в окружному й осьовому напрямках; картини і залежності розподілу контактних площадок від кута підйому витків і розмірів перфорацій для циліндричних патронів з перфораціями круглої і подовжньо-щілинної форми.

6. За результатами дослідження імітаційних моделей сформульований принцип динамічного перекомпонування контактних площадок і встановлені оптимальні параметри перфорацій патрона, що покладені в основу розробки нових технічних рішень.

7. Розроблено нові технічні рішення, спрямовані на удосконалення технології рідинної обробки паковок:

­ спосіб рідинної обробки паковок і пристрій для його здійснення;

­ дві конструкції перфорованих патронів з подовжньо-щілинними радіально-тангенційними перфораціями.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗДОБУВАЧА

ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Старун Н.В., Тулученко Г.Я. Математическая модель процесса крашения нитей в бобинах Вестник ХГТУ. – 1997. - №2. – С.252-258.

2. Сыс В.Б., Старун Н.В., Бардачёв Ю.Н. Исследование пористой структуры текстильной паковки методом имитационного моделирования // Вестник ХГТУ. – 1998. - №2(4). – С.253-256.

3. Бардачёв Ю.Н., Сыс В.Б., Старун Н.В. О декомпозиционном подходе к моделированию процесса жидкостной обработки текстильных паковок Проблемы лёгкой и текстильной промышленности Украины. – 1998. - №1. – С.104-109.

4. Старун Н.В., Сыс В.Б., Бардачёв Ю.Н., Вельдбрехт Д.А. Зависимость пористости от поперечной деформации нити в контактной площадке Проблемы лёгкой и текстильной промышленности Украины. – 1998. - №1. – С.110-112.

5. Бардачёв Ю.Н., Старун Н.В., Тулученко Г.Я. Методологические основы развития экспериментально-теоретического моделирования в ХТВМ Проблемы лёгкой и текстильной промышленности Украины. – 1998. - №1. – С.177-184.

6. Бардачёв Ю.Н., Старун Н.В., Тулученко Г.Я. Информационное обеспечение автоматизированных систем в химической технологии текстильных материалов Математические модели и современные информационные технологии : Сб. науч. трудов. – К.: Национальная академия наук Украины, Институт математики, 1998. – С.14-16.

7. Бардачёв Ю.Н., Старун Н.В., Тулученко Г.Я. Методологические основы эмпирико-аналитического моделирования повышенной прогностичности Физико-технические и технологические приложения математического моделирования. Сб. науч. трудов. - К.: Национальная академия наук Украины, Институт математики, 1998. – С.21-23.

8. Сыс В.Б., Старун Н.В., Бардачёв Ю.Н. Исследование послойного распределения контактных площадок в теле паковки методом имитационного моделирования // Вестник ХГТУ. – 1999. - №3(6). – С.187-190.

9. Бардачёв Ю.Н., Сыс В.Б., Старун Н.В. Эмпирико-аналитическое моделирование повышенной прогностичности процесса жидкостной обработки паковок // Вестник ХГТУ(Специальный выпуск). – 1999. – С.34-37.

10. Старун Н.В., Сыс В.Б., Бардачёв Ю.Н. Исследование распределения контактных площадок нити на краях перфораций методом имитационного моделирования // Вестник ХГТУ. – 2000. - №3(9). – С.293-297.

11. Старун Н.В., Сыс В.Б., Бардачёв Ю.Н. Имитационное моделирование пористой структуры текстильной паковки Сборник научных трудов Международной конференции “Физико-технические и технологические приложения математического моделирования”. – НАН Украины. Институт математики. – Киев. – 1998. – С.231-232.

12. Старун Н.В., Сыс В.Б., Бардачёв Ю.Н. Исследование структуры текстильной паковки методом имитационного моделирования // Материалы VIII Международной Научной конференции им. акад. Н. Кравчука. – Киев: НТУУ(КПІ). – 2000. – С.364.

13. Старун Н.В. Совершенствование технологии жидкостной обработки на основе имитационного моделирования структуры паковки Тезисы докладов Международной конференции “Dynamical Systems Modelling and Stability Investigation”. – Киев: Киевский национальный университет им. Т. Шевченко. – 2001. –С.219.

АНОТАЦІЯ

Старун Н.В. Вивчення пошарової структури паковки хрестової намотки методом імітаційного моделювання. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.03 – технологія текстильних матеріалів. – Херсонський державний технічний університет, 2001.

У дисертації представлені результати дослідження структури текстильної паковки, призначеної для рідинної обробки, методом імітаційного моделювання. Побудовано і досліджено імітаційні моделі формування структури паковки, розподілу слідів нитки в радіально-осьовому перерізі тіла паковки і пошарового розподілу контактних площадок. Отримано кількісні характеристики. Розроблено спосіб і пристрій для рідинної обробки паковок, а також нові конструкції перфорованих патронів з подовжньо-щілинними перфораціями.

Ключові слова: неоднорідна структура паковки, хрестова намотка, перфорований патрон, контактні площадки, рідинна обробка, складна система, імітаційне моделювання.

АННОТАЦИЯ

Старун Н.В. Изучение послойной структуры паковки крестовой намотки методом имитационного моделирования. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03 – технология текстильных материалов. – Херсонский государственный технический университет, 2001.

Диссертация посвящена исследованию структуры текстильной паковки методом имитационного моделирования в рамках совершенствования технологии жидкостной обработки нитей в паковках.

Структура паковки рассматривается как пористая система “паковка – нить – волокно”, проникновение обрабатывающего раствора вглубь которой происходит поэтапно на всех структурных уровнях. Совершенствование технологии требует выявления структурных компонентов, лимитирующих процесс проникновения. Показано, что такими структурными компонентами являются контактные площадки пересечения витков нити между собой и с краями перфорацій патрона. Результаты жидкостной обработки определяются распределением контактных площадок на уровне нити.

Переход на уровень нити потребовал разработки новых подходов к исследованию, так как, вследствие напряжённо-деформированного состояния нити, любая попытка проникновения в структуру паковки в традиционном эксперименте приводит к нарушению этой структуры. Структура паковки формируется в процессе наматывания с помощью специальных механизмов, законы движения которых в целом известны. Это позволяет воссоздать структуру методом имитационного моделирования, заменив натурное экспериментирование компьютерным с идентификацией результатов по имеющимся сведениям из литературных источников.

В диссертационной работе впервые выполнена декомпозиция структуры паковки, предназначенной для жидкостной обработки.

Впервые разработаны локальные математические модели и алгоритмы имитационных моделей формирования структуры тела паковки, распределения следов нити в радиально-осевом сечении тела паковки, распределения контактных площадок пересечения витков по развёрткам слоёв паковки и распределения контактных площадок пересечения нити с краями перфорацій.

В ходе компьютерного эксперимента впервые получены визуальные образы (картины) структуры слоёв паковки, картины радиально-осевого сечения тела паковки, картины и гистограммы распределения контактных площадок пересечения витков по развёрткам слоёв паковки, а также картины и зависимости распределения контактных площадок на перфорированной поверхности патрона.

Установлено, что каждый слой имеет уникальную неоднородную структуру. Отмечена периодичность изменения неоднородности послойной структуры, что полностью соответствует данным литературных источников. Идентифицированы слои с намоткой лентой и жгутом, наиболее неблагоприятных для жидкостной обработки.

Впервые получены зависимости равномерности распределения контактных площадок от угла подъёма витков и размеров перфорацій для цилиндрических патронов с перфорациями круглой и продольно-щелевой формы. Установлено, что, в отличие от круглых, продольно-щелевые перфорации обеспечивают равномерный характер распределения контактных площадок, близкий к идеальному и не зависящий от угла подъёма витков; степень равномерности распределения, выраженная через коэффициент вариации, в среднем на порядок выше, чем у патронов с круглыми перфорациями.

По результатам исследования имитационных моделей разработаны новые технические решения, направленные на совершенствование технологии жидкостной обработки паковок: способ и устройство для жидкостной обработки паковок, в основу которых положен принцип динамической перекомпоновки контактных площадок, и две конструкции перфорированных патронов с продольно-щелевыми радиально-тангенциальными перфорациями.

Ключевые слова: текстильная паковка, крестовая намотка, неоднородная структура, перфорированный патрон, контактные площадки, жидкостная обработка, сложная система, имитационное моделирование.

SUMMARY

Starun N.V. Study of layered package's structure of cross winding by imitating modeling method. - Manuscript.

Dissertation for the degree of the Candidate of Techical Sciences on the speciality 05.19.03 - technology of textile materials. – The Kherson state technical university, 2001.

Results of research of textile package's structure, intended for liquid processing by imitating modeling method are submitted in the dissertation. The imitating models of formation of package's structure, distribution of traces of a threads in radial-axial section of a package's body and level-by-level distribution of contact platforms are constructed and investigated. The quantitative characteristics are received. The way and device for liquid processing package, and also new designs perforated tubes are developed.

Keywords: non-uniform structure package, cross winding, perforated tube, contact platforms, liquid processing, complex system, imitating modeling.