Разработка метода проектирования оболочек швейных изделий из плетеных рукавных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.04, кандидат наук Кушнарева, Ольга Сергеевна

• Кушнарева, Ольга Сергеевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Кушнарева, Ольга Сергеевна

Содержание

Стр.

Введение

1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ШВЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФОРМЫ

1.1 Методы проектирования и способы изготовления швейных оболочек

1.2 Анализ возможности изготовления швейных оболочек сложной пространственной формы из плетеных рукавных материалов

1.3 Особенности проектирования и способы изготовления швейных

армирующих оболочек

Выводы

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДВУХМЕРНЫХ И ТРЕХМЕРНЫХ ОБОЛОЧЕК ШВЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛЕТЕНЫХ РУКАВНЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1 Исследование способов получения тороидально-кольцевых оболочек

2.2 Исследование геометрии сети и механизма формообразования плоских кольцевых оболочек из плетеных рукавных материалов

2.3 Исследование геометрии сети и механизма формообразования трехмерных оболочек из плетеных рукавных материалов

2.4 Исследование геометрии сети и механизма формообразования оболочек одежды из плетеных рукавных материалов

2.5 Разработка методики расчета диаметра и оценки деформационных

возможностей плетеного рукавного материала

Выводы

3 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДВУХМЕРНЫХ И ТРЕХМЕРНЫХ ОБОЛОЧЕК ШВЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛЕТЕНЫХ РУКАВНЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1 Формирование исходных данных для проектирования оболочек

3.2 Разработка метода проектирования оболочек швейных изделий из плетеных рукавных материалов

3.3 Разработка способа математического описания и расчета геометрии

сети оболочек из плетеных рукавных материалов

3.4 Разработка алгоритмов расчета для автоматизированного

проектирования геометрии сети

Выводы

4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ШВЕЙНОЙ ОБОЛОЧКИ

ИЗ ПЛЕТЕНОГО РУКАВНОГО МАТЕРИАЛА

4.1 Разработка способа изготовления многослойной швейной оболочки из плетеного рукавного материала

4.2 Разработка методики изготовления однослойной швейной оболочки из плетеного рукавного материала

4.3 Промышленная апробация результатов исследования и внедрение в

производство

Выводы

Общие выводы по работе

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ А Расчет сети швейных оболочек

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Разработка конструкции многослойной оболочки для

армирования авиационной окантовки иллюминатора

ПРИЛОЖЕНИЕ В Прочностной анализ технических изделий

армированных оболочками

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Изготовление образцов окантовки иллюминатора

самолета

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Испытания плоских кольцевых образцов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода проектирования оболочек швейных изделий из плетеных рукавных материалов»

Введение

Научно-технические достижения последних десятилетий привели к расширению ассортимента швейных оболочек за счет использования в различных сферах промышленности.

При проектировании одежды и технических оболочек существует ряд сходных проблем, связанных с большой материалоемкостью и трудоемкостью изготовления, недостаточным учетом структурных и физических свойств материалов. Отсутствие такой информации не позволяет проектировать изделия определенной формы поверхности с учетом деформации структуры материала. В связи с этим, актуальным является поиск решений, универсальных для швейных изделий различного назначения. Актуальность проблемы подтверждается возросшими требованиями к эксплуатационным характеристикам оболочек.

Особую сложность при проектировании и изготовлении представляют швейные изделия с замкнутым контуром и осевой симметрией: при повороте на любой угол вокруг оси свойства оболочки должны оставаться постоянными. Данные характеристики являются общими как для одежды, так и для технических изделий. Такие требования могут предъявляться при изготовлении специальной одежды, средств индивидуальной защиты, различного снаряжения и т. д.

Требования к конструкции и технологии изготовления технических швейных оболочек связаны с особенностями материалов, способами формообразования и условиями эксплуатации изделий. Их специфическими характеристиками являются объемная форма с профильным сечением и упорядоченной структурой взаимосвязанных элементов, подчиненной внешней замкнутой форме. Изготовление оболочек усложняется условием недопустимости членений и швов, пересекающих замкнутый контур, что вызвано осевой симметрией.

Одним из таких изделий технических изделий является оболочка для армирования тороидально-кольцевых деталей, используемых в авиации, судостроении и других технических областях. Разработка способа

проектирования и изготовления этих изделий имеет большое значение, так как позволяет снизить вес технических конструкций и сократить материалоемкость производства. Для одежды это также представляет определенный теоретический и практический интерес.

Существующие технологии изготовления оболочек мало приспособлены для выполнения комплекса условий и получения тороидально-кольцевых изделий с требованиями, обеспечивающими прочность при эксплуатации.

Решению этой задачи способствует использование плетеных рукавных материалов, представляющих собой замкнутую в одном координатном направлении чебышевскую сеть. Структура таких материалов предоставляет широкие возможности для формообразования оболочек. Однако в настоящее время отсутствуют способы проектирования и изготовления швейных изделий, позволяющие учитывать структурные свойства плетеных рукавов.

Необходимость разработки универсального метода проектирования конструкции и технологии изготовления швейных оболочек бытового и технического назначения из плетеных рукавных материалов вызвана растущими требованиями к эксплуатационным свойствам замкнутых кольцевых изделий с профильными сечениями.

Цель работы: является разработка метода проектирования и способа изготовления оболочек с заданными эксплуатационными характеристиками из плетеных рукавных материалов, позволяющих усовершенствовать технологию изготовления и качество швейных изделий.

Для достижения поставленной цели в работе выполнено:

- анализ современных методов проектирования и способов изготовления швейных оболочек замкнутой кольцевой формы для одежды и тороидально-кольцевых изделий технического назначения;

- экспериментальное исследование способов изготовления тороидальных оболочек из ткани и плетеного рукавного материала;

- исследование способов переплетения нитей тороидально-кольцевых оболочек с учетом топологических свойств;

- исследование геометрии сети и механизмов формообразования двумерных и трехмерных оболочек из плетеных рукавных материалов;

- разработана методика расчета диаметра плетеного рукавного материала и оценки его деформационных возможностей;

- сформирована исходная информация для проектирования оболочек из плетеных рукавных материалов с учетом особенностей внешней формы изделия и свойств используемого материала;

- разработан метод проектирования швейных оболочек из плетеных рукавных материалов для использования при изготовлении одежды и технических изделий;

- разработан способ математического описания и построения сети и составлены алгоритмы расчета сети для автоматизированного проектирования оболочек из плетеных рукавных материалов;

- разработан способ изготовления многослойной швейной оболочки из плетеного рукавного материала для изделий технического назначения;

- промышленная апробация разработанного метода проектирования и способа изготовления на примере многослойной оболочки для армирования окантовки иллюминатора самолета.

Объектом исследования выбраны процессы проектирования и изготовления швейных оболочек замкнутой формы с заданными эксплуатационными требованиями для использования в одежде и технических изделиях. Предметом исследования являются детали швейных изделий из плетеных рукавных материалов.

Методы и средства исследования. В работе использованы методы теоретического анализа, общего системного подхода, экспериментальное моделирование с последующей обработкой результатов, математическое моделирование геометрических сетей, прикладное программное обеспечение, современные методы и технические средства исследования свойств текстильных материалов.

Научная новизна работы состоит в:

- установлении зависимости геометрии замкнутой чебышевской сети от внешней формы оболочки;

- разработке метода проектирования оболочек швейных изделий бытового и технического назначения из плетеных рукавных материалов;

- разработке способа изготовления малошовных оболочек с замкнутым контуром и профильным сечением;

- создании новых видов плоских кольцевых оболочек с деформированной структурой для использования в изделиях различного назначения.

Практическая значимость работы состоит в разработке:

- методики выбора плетеного рукавного материала для изготовления оболочки заданной формы на основе расчета диаметра и деформационных свойств;

- методики моделирования сети двухмерных и трехмерных оболочек швейных изделий из плетеных рукавных материалов;

- технологии изготовления оболочек швейных изделий для армирования тороидально-кольцевых деталей из полимерных композиционных материалов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформированных в диссертации, подтверждается согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, современными методами их решения, использованием известных положений фундаментальных наук и результатами промышленной апробации разработанных методик.

Апробация результатов работы. Практическая значимость работы подтверждена результатами ее промышленных испытаний в условиях ОАО «НИАТ» (г. Москва), протоколом испытаний в НПО «Технология» (г. Обнинск) и патентом РФ на изобретение «Способ изготовления корпусных деталей из композиционных материалов, и композиционная окантовка иллюминатора, полученная таким способом» № 2481954 от 01.12.2011.

Основные положения исследований докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на межвузовских и научно-практических

конференциях, а также на заседаниях кафедры Художественного моделирования, конструирования и технологии швейных изделий МГУДТ (г. Москва, 2009-2013 гг.).

Публикации. Основные положения и результаты научного исследования изложены в четырнадцати публикациях общим объёмом 5,68 п.л. (из них авторских - 2,43 п.л.), в том числе четыре работы опубликовано в изданиях, входящих в перечень, определенных ВАК Минобрнауки:

1. Кушнарева О. С. Исследование процесса формообразования цельнотканых оболочек тороидально-кольцевой формы/ О. С. Кушнарева, Е. М. Базаев //В кн.: Непрерывное профессиональное образование в области технологии, конструирования изделий легкой промышленности: Сб. науч. статей аспирантов и молодых ученых VIII Междунар. науч.-метод. конф. - М.: Изд-во ИИЦ МГУДТ, 2007. С. 77-82. - 0,37 п. л. (лично автором 0,2 п. л.).

2. Кушнарева О. С. Исследование и разработка конструкций тканых оболочек тороидальных технических поверхностей/ О. С. Кушнарева, Е. М. Базаев, Е. Г. Андреева // Науч. ж-л «Дизайн и Технологии», - М.: Изд-во ИИЦ МГУДТ, 2007, вып. 8 (50). С. 34-38. - 0,4 п. л. (лично автором 0,2 п. л.).

3. Кушнарева О. С. Внедрение текстильных и швейных технологий в авиационную промышленность/ Е. М. Базаев, Е. Г. Андреева, Д. И. Еремкин, Е. А. Якимова, В. Б. Литвинов, М. С. Токсанбаев, О. С. Кушнарева //Швейная промышленность. - 2008. - № 5. С. 42-43. - 0,18 п. л. (лично автором 0,03 п. л.) (из перечня ВАК).

4. Кушнарева О. С. Разработка технологии изготовления тканого армирующего каркаса технической детали/ Ю. В. Морозова, О. С. Кушнарева, Д. И. Еремкин // Сб. докладов 62 науч. конф. студентов и аспирантов «Молодые учёные - XXI веку». - М.: Изд-во ИИЦ МГУДТ, 2010, С. 132. - 0,06 п. л. (лично автором 0,02 п. л.).

5. Кушнарева О.С. Формообразование однослойных оболочек из рукавных тканей: Сб. докладов междунар. науч.-практ. конф. «Нано-, био-, информационные технологии в текстильной и легкой промышленности»

(«Текстильная химия - 2011»). - Иваново: Изд-во «Иваново», 2011. С. 108-109. -0,12 п. л. (лично автором 0,12 п. л.).

6. Кушнарева О. С. Изготовление гибридной технической детали из текстильных материалов/ М. И. Неманихина, Д. И. Еремкин, О. С. Кушнарева // Сб. докладов 63 науч. конф. студентов и аспирантов «Молодые ученые XXI веку». - М.: Изд-во ИИЦ МГУДТ, 2011. С.137. - 0,06 п. л. (лично автором 0,02 п. л.).

7. Кушнарева О. С. Проектирование тканевых оболочек тороидально-кольцевых технических поверхностей/ О. С. Кушнарева, Е. М. Базаев // В кн.: Торовые технологии: Сб. докладов 7-й междунар. науч.-практ. конф. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. С. 135-138. - 0,31 п. л. (лично автором 0,2 п. л.) (из перечня ВАК).

8. Кушнарева О. С. Исследование формообразования и проектирование оболочек из рукавных тканей/ О. С. Кушнарева, Е. М. Базаев // Всероссийский конкурс науч.-исследоват. работ студентов и аспирантов в области технических наук в рамках Всероссийского фестиваля науки. - Москва, ГОУ ВПО МГУДТ, 2011. - 1 п. л. (лично автором 0,6 п. л.).

9. Кушнарева О. С. Развитие технологий изготовления деталей из ПКМ/ О. С. Кушнарева, С. А. Белов, Д. Ю. Рябовол, Д. И. Еремкин, О. В. Скиба, А. В. Васечкин, П. В. Шершак //Ж-л «Композиты 21 век». - М.: Изд-во: ООО «ИД «Композиты 21 век», 2011, вып. 7. С. 12-16. - 0,69 п. л. (лично автором 0,12 п. л.).

10. Кушнарева О. С. Пат. 2481954 Российская Федерация, МПК В 32 В 5/13, В 29 В 11/16, В 29 С 63/22. Способ изготовления корпусных деталей из композиционных материалов и композиционная окантовка иллюминатора, полученная таким способом/ Карпейкин И. С., Кушнарева О. С., Базаев Е. М., Скиба О. В., Васечкин А. В., заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Национальный институт авиационных технологий» (ОАО НИАТ). -№ 2011148949; заявл. 01.12.2011; опубл. 20.05.2013.-20 е.: ил. - 1,25 п. л. (лично автором 0,31 п. л.).

11. Кушнарева О. С. Применение плетеных рукавных тканей для изготовления швейных изделий/ В. И. Храмова, О. С. Кушнарева // Сб. докладов 64 науч. конф. студентов и аспирантов «Молодые ученые XXI веку». - М.: Изд-во ИИЦ МГУДТ, 2012. С. 137. - 0,06 п. л. (лично автором 0,03 п. л.).

12. Кушнарева О. С. Формообразование оболочек из плетеных рукавных тканей/ О. С. Кушнарева, Е. М. Базаев //Научный ж-л «Дизайн и Технологии», -М.: Изд-во МГУДТ, 2012, вып. 7. С. 38-42. - 0,37 п. л. (лично автором 0,2 п. л.) (из перечня ВАК).

13. Кушнарева О. С. Garment decoration with elements of reinforcing structures of insect wings (Декорирование одежды элементами армирующих структур крыльев насекомых) / О. С. Кушнарева, Е. М. Базаев, Д. И. Еремкин, Т. В. Руднева //Сб. докладов 3-й междунар. конф. "Development trends in Textile Industry, Textile Design, Technology and Management". - Белград: Изд-во The College of Textile Design, Technology and Management, 2012, вып. 7. С. 36-38. -0,19 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

14. Кушнарева О. С. Проектирование геометрии сети тороидально-кольцевых оболочек из плетеных рукавных материалов/ О. С. Кушнарева, Е. М. Базаев //Научный ж-л «Дизайн и Технологии». - М.: Изд-во МГУДТ, 2013,

. вып. 8. С. 34-40 - 0,62 п. л. (лично автором 0,32 п. л.) (из перечня ВАК).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа выполнена на 195 страницах и состоит из введения, четырех глав, выводов по главам и работе в целом, библиографического списка и 5 приложений. Основные результаты работы изложены на 151 странице, в том числе содержат 89 рисунков и 6 таблиц. Приложения представлены на 44 страницах. Библиографический список составляет 84 наименования.

1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ШВЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФОРМЫ

1,1 Методы проектирования и способы изготовления швейных оболочек

Научно-технические достижения последних десятилетий привели к расширению ассортимента швейных оболочек за счет использования в различных сферах промышленности. В условиях швейного производства, которое характеризуется наличием подготовительно-раскройных, соединительных (ниточных, клеевых, сварных, заклепочных) и стабилизирующих форму операций, в настоящее время изготавливается множество изделий различного назначения. Распространенным является использование оболочек в качестве специальных усиливающих и герметизирующих элементов при изготовлении специальной одежды, средств индивидуальной защиты, снаряжения, бытовых и технических изделий. Это вызывает рост требований к эксплуатационным характеристикам и условиям производства швейных изделий [1,2].

Оболочки как элементы технических конструкций известны давно, но важную роль в самых различных областях современной техники они стали играть последние несколько десятилетий, так как помогают решать проблемы минимизации массы и материалоемкости конструкций, увеличения прочности. В связи с этим, специфической особенностью проектирования технических оболочек является учет их особых свойств для комплексного выполнения силовых (армирующих), эксплуатационных, технологических, архитектурных и эстетических функций [3,4].

Особенную трудность для проектирования и изготовления представляют изделия, имеющие сложную пространственную форму с замкнутым контуром, являющейся неразвертываемой поверхностью, и обладающие осевой симметрией свойств.

Осевая симметрия свойств изделий приводит к равномерному распределению нагрузки по всему круглому контуру при повороте на любой угол

вокруг оси. Условиями обеспечения прочности оболочек при эксплуатации являются упорядоченная структура, подчиненная внешней замкнутой форме, и отсутствие уплотнений или стыков, пересекающих замкнутый контур, в местах которых возможны разрушения. Вследствие чего, изготовление таких оболочек из плоско-выработанных материалов невозможно [5-9].

Известно, что кроеные изделия имеют ряд недостатков, связанных с большой материалоемкостью и трудоемкостью изготовления, низкой точностью проектирования формы и свойств, давно начаты поиски более совершенных методов создания одежды. На кафедре художественного моделирования, конструирования и технологии швейных изделий проведено большое количество научно-исследовательских работ двух основных направлений. Первое направление связано с усовершенствованием процесса получения плоских разверток одежды, позволяющих обеспечить качество посадки изделия на фигуре человека. При этом максимальное соответствие одежды форме и размерам тела человека достигается рациональным членением поверхности на отдельные части и участки и конфигурацией контуров. Данные работы проводили Меликов Е. X., Савостицкий А. В., Коблякова Е. Б., Ивлева Г. С., Рогожин А. Ю. и др. [10-16].

Второе направление посвящено изготовлению пространственных оболочек одежды непосредственно на манекене внешней формы или оправках без проектирования разверток. Термин «оболочка» начали широко использовать в швейной промышленности с появлением предпосылок для создания бесшовных конструкций. Методы проектирования и изготовления цельнотканых оболочек исследовались в работах Базаева Е. М., Андреевой Е. Г., Роя Ю. И., Луниной Е. В. и др. [17-24].

В указанных работах повышенные эксплуатационные свойства достигаются бесшовными и малошовными технологиями, позволяющими изготавливать цельные оболочки сложной пространственной формы. Существенным достоинством работ является возможность изготовления равноплотных и изотропных изделий. Комбинирование и модификация структуры дву- и триаксиальных переплетений позволяет получать оболочки с заданными

зональными свойствами. Изготовление трехмерных изделий с заданной структурой осуществляют различными способами: ткачеством, плетением, трехмерным вязанием, комбинированными методами с использованием нитей, лент, нетканых материалов и различных полуфабрикатов. Использование интегральных изделий может обеспечить эффективную ресурсосберегающую технологию изготовления изделий различного назначения.

Несмотря на перспективность научно-исследовательских работ кафедры, промышленное внедрение бесшовных оболочек сложной пространственной формы сдерживается отсутствием специального оборудования. Производство оболочек в основном ограничивается получением более простых форм -цилиндрических или близких к ним поверхностей, наиболее часто встречающихся в одежде. В связи с этим, на кафедре проводились работы, связанные с изготовлением оболочек из трубчатых полуфабрикатов.

Образование более сложной трубчатой формы цельнотканого рукава осуществляют путем изменения числа нитей основы в сечении вырабатываемой ткани или плотности распределения нитей обеих систем, а также применения нитей различной усадочной способности и эластичности [18-19, 25].

Анализ научно-исследовательских работ показал, что они могут быть применимы для проектирования изделий технического и специального назначения. Следовательно, актуальным является проведение дальнейших исследований по разработке универсального решения на уровне оболочек для использования в швейных изделиях различного назначения.

1.2 Анализ возможности изготовления швейных оболочек сложной пространственной формы из плетеных рукавных материалов

В настоящее время во многих технических областях промышленности актуальной проблемой для изучения является проектирование армирующих изделий для элементов локального усиления в конструкциях из полимерных

композиционных материалов. Армирующие изделия являются текстильной основой композиционного материала технических изделий (деталей).

Использование армирующих изделий в промышленности позволяет снизить вес технических конструкций и сократить материалоемкость производства.

Армирующие изделия характеризуются сетчатой структурой, зависящей от внешней формы. Для их изготовления применяются нити, ленты, жгуты, ткани, войлок и другие материалы текстильного ассортимента. Технологии получения включают послойную укладку ткани или другого текстильного материала и швейные способы соединения: ниточные, клеевые, заклепочные. Кроме того, широко распространены такие текстильные методы, как рулонная или ленточная намотка, формирование из войлока, также ведутся исследования по внедрению ткачества, плетения, трикотажных способов.

Армирующие изделия могут изготавливаться в виде полых пространственных оболочек или объемных каркасов. Последние могут являться цельными или интегральными (цельноткаными, цельноплетеными, цельно-вязанными и др.), то есть иметь сквозные пространственные связи структурных элементов, а могут быть получены из составных частей, не связанных между собой, например, из слоев ткани, с последующим соединением клеевыми, ниточными или другими способами. При этом слои многослойных изделий можно рассматривать как отдельные оболочки, а сами изделия называть многослойными оболочками [26-34].

1.2.1 Взаимосвязь внешней формы и структуры армирующего изделия

В процессе изготовления (формования) технического изделия армирующую оболочку, также называемую преформой или наполнителем, объединяют со связующей композицией, полученной на основе синтетических термореактивных смол. И таким образом одновременно получают композиционный материал и деталь. Вследствие того, что армирующее изделие является основой в полимерном композиционном материале, оно должно иметь форму, близкую к геометрии детали и обеспечивать все необходимые толщины и радиусы кривизны поверхности детали [35-38].

Оболочки и каркасы различают по внешней форме, структуре, технологии изготовления и волокнистому составу. Они могут быть основой технического изделия жесткой или мягкой формы.

С целью систематизации оболочки и каркасы можно разделить на:

- плоские (используются ткани, трикотаж и пр.);

- трехмерные или пространственные конструкции, имеющие одинаковые или близкие по толщине тонкие стенки. К ним относятся изделия, толщина которых невелика относительно размеров, имеющие отверстии и полости;

- объемные или имеющие разнотолщинные стенки, толщина которых сравнима с другими размерами.

Пространственные и объемные изделия могут быть получены цельными (интегральными) - методами плетения, ткачества, вязания, намотки, пултрузии (склеивание пучка нитей неограниченной длины и одновременное формование профиля) и прессования из войлока с последующей обработкой срезов [26-28].

Особую сложность при проектировании и изготовлении представляют изделия с замкнутым контуром и осевой симметрией: при повороте на любой угол вокруг оси свойства оболочки (каркаса) должны оставаться постоянными.

Ранее проводились работы по проектированию и созданию оребренных, разнотолщинных армирующих оболочек. Примененные методы изготовления -соединение слоев плоско-выработанной ткани и плетение из лент - не позволяют создавать замкнутые кольцевые изделия с осевой симметрией [39-40].

Методы трехмерного плетения, ткачества и вязания в отличие от намотки и пултрузии позволяют обеспечивать пространственные связи между структурными элементами армирующих изделий. Недостатком является дорогостоящее оборудование. Кроме того, данные методы используются в промышленности в основном для изготовления швейных изделий, имеющих простые геометрические формы, и не позволяют изготавливать замкнутые кольцевые оболочки с осевой симметрией свойств.

1.2.2 Описание технической детали из полимерного композиционного материала с армирующей оболочкой.

В машиностроении большое значение имеют изделия замкнутой кольцевой формы, окантовывающие и препятствующие разрыву отверстий в фюзеляжах самолетов, корпусах морских судов, средствах транспорта и др. при эксплуатации. Они имеют сложную пространственную форму, отличающуюся криволинейным замкнутым очертанием контура, соответствующим отверстию, и профилем типа Г-, Б- и Т-образных форм. Вследствие осевой симметрии системы нитей структуры (в случае использования ткани это нити основы и утка) должны иметь сложные, подчиненные внешней форме, криволинейные траектории, терять параллельность, изменять длину. Поэтому изготовление подобных изделий из плоско-выработанных материалов невозможно.

Одним из таких изделий является авиационная окантовка иллюминатора, упрочняющая отверстие фюзеляжа самолета. Сложность геометрии этой детали не позволяет перейти от традиционного материалоемкого изготовления из алюминиевых сплавов к использованию более легких композиционных материалов, так как существующие технологии изготовления армирующих оболочек не могут обеспечить требуемую прочность.

Окантовка иллюминатора служит для крепления стекол и укрепления отверстия фюзеляжа, препятствуя разрыву, и должна вместе с иллюминатором выдерживать давление 0,3 атм или ЗООг/см. На окантовку при эксплуатации действуют продольные нагрузки, действующие в осевом направлении фюзеляжа, более сильные поперечные — в круговом направлении, а также выворачивающий момент. Данные требования определяют геометрию детали, благодаря чему окантовка представляет собой окантовывающее отверстие кольцеобразное основание с ребром, препятствующим деформации кручения (Рисунок 1.1).

Зажимная

/ ^—-------\ Стекло

Обшивка

Прокладка

Рисунок 1.1- Крепление окантовки в конструкции окна фюзеляжа самолета

При изготовлении из композиционного материала прочность окантовки иллюминатора должна обеспечиваться, прежде всего, структурой армирующего наполнителя — швейной оболочки. Основные требования к конструкции и структуре оболочки для армирования окантовки иллюминатора представлены в таблице 1.1 [28, 38].

Таблица 1.1 - Требования к конструкции швейной оболочки для армирования окантовки иллюминатора

№ Требования к армирующей оболочке Схема

1 2 3

1 Соответствие геометрии детали -

2 Осевая симметрия структуры -

3 Отсутствие швов, пересекающих замкнутый контур кольцевой оболочки -

4 Наличие трех направлений нитей структуры -

5 Наличие кругового направления нитей (0°) о

6 Бесшовный переход от горизонтального основания к ребру

Материал оболочки в совокупности со связующей композицией в готовом изделии должен образовать однородную сплошную среду, способную выдерживать нагрузки при эксплуатации детали, такие как перепады давления и температуры и вибрация.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кушнарева, Ольга Сергеевна, 2013 год

Список литературы

1. ГОСТ 17037-85. Изделия швейные и трикотажные. Термины и определения./ Введ. 1986-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 15 с.

2. Савостицкий А. В., Меликов Е. X. и др. Технология швейных изделий: учеб. для вузов/А. В. Савостицкий. - М.: Легкая индустрия, 1971. - 600 с.

3. Жилин П. А. Прикладная механика. Основы теории оболочек: учебное пособие/ П. А. Жилин. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2006. - 167 с.

4. Ефремова Т. Ф. Новый толково-словообразовательный словарь русского языка, 2000. - 2 т.

5. Фролов С. А. Начертательная геометрия: Учебник для втузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983. - 240 с.

6. Физическая энциклопедия./Под ред. Прохорова А. М. - М.: Советская энциклопедия. Т. 1. 1988. - 5 т.

7. Беклемишев В. Н. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных. Т.1. - М.: «Наука», 1964. - 2 т.

8. Симметрия [Электронный ресурс] - Режим доступа: Ьйр://т^клресНа.о^.Лу1к1

9. Буланов И. М., Воробей В. В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов//Учебник для вузов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 1998. - 516 с.

10. Меликов Е. X., Савостицкий А. В. Исследование нового метода конструирования оболочек из тканей: Сб. науч. трудов. - М.: МТИЛП, № 12, 1959.-С. 3-20.

11. Меликов Е. X. Исследование методов уточнения формы и размеров деталей одежды: дис. канд. техн. наук. -М.: МТИЛП, 1963. -208 с.

12. Коблякова Е. Б. Разработка основ проектирования рациональных размеров и формы одежды: дис. докт. техн. наук. - М.: МТИЛП, 1980. - 541 с.

13. Мартынова А. И. Усовершенствование конструкции основных деталей брюк и методов и формования: дис. канд. техн. наук. - М.: МТИЛП, 1987.

14. Иванов С. С. Совершенствование конструкции мужского пиджака и технологии его изготовления с использованием инженерных методов: автореферат дис. на соискание уч. степ. канд. техн. наук: 05.19.04/Иванов Сергей Сергеевич. - М.: МТИЛП, 1981. - 27 с.

15. Иванов С. С. Совершенствование конструкции мужского пиджака и технологии его изготовления с использованием инженерных методов: дис. на соискание уч. степ. канд. техн. наук: 05.19.04/Иванов Сергей Сергеевич. - М.: МТИЛП, 1980.-223 с.

16. Рогожин А. Ю. Разработка методов проектирования швейных изделий в системах САПР: дис. на соиск. уч. степ, кандидата техн. наук: 05.19.04/ Рогожин Андрей Юрьевич. -М.: МТИЛП, 1985. - 188 с.

17. Базаев Е. М. Разработка метода проектирования и способа изготовления деталей одежды ткачеством: дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: 05.19.04/ Базаев Евгений Михайлович. - М.: МТИЛП, 1984. - 139 с.

18. Андреева Е. Г. Разработка конструкций и технологии изготовления детской одежды методом ткачества, дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: 05.19.04/Андреева Елена Георгиевна-М.: МТИЛП, 1989. - 145 с.

19. Андреева Е. Г. Методологические основы проектирования одежды из эластичных полотен: автореф. дис. на соиск. уч. степ. док. техн. наук: 05.19.04/ Андреева Елена Георгиевна. - М.: МГУДТ, 1997. - 69 с.

20. Рой Ю. И. Разработка метода проектирования и способа изготовления тканых оболочек специального назначения: дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: 05.19.04/ Рой Юрий Иванович. -М.: МТИЛП, 1991.- 156 с.

21. Лаврис Е. В. Разработка способа проектирования тканых бесшовных оболочек: дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: 05.19.04/ Лаврис Екатерина Васильевна. -М.: МГУДТ, 1991. - 152 с.

22. Лаврис Е. В. Теория и методы проектирования объемных малошовных оболочек с триаксиальной и мультиаксиальной структурой: автореф. дис. на

соиск. уч. степ. док. техн. наук: 05.19.04/ Лаврис Екатерина Васильевна. - М.: МГУДТ, 2011.-46 с.

23. Кутуева Ю. С. Разработка способа проектирования цельнотканых оболочек с усилительными элементами: дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: 05.19.04/Кутуева Юлия Сергеевна. - М.: МГУДТ, 2008. - 145 с.

24. Пинчук М. Одежда без швов//Наука и жизнь. - 1986. - № 8. - С. 157158.

25. Коблякова Е. Б., Ивлева Г. С., Романов В. Е. и др. Конструирование одежды с элементами САПР: учеб. для вузов - 4-е изд., перераб. и доп.; Под ред. Е.Б. Кобляковой. -М.: Легпромбытиздат, 1988. - 462 с.

26. Тканые конструкционные композиты: пер. с англ./ Под ред. Т.-В. Чу и Ф. Ко.-М.: Мир, 1991.-432 с.

27. Marvin В. Dow and Н. Benson Dexter. Development of Stitched, Braided and Woven Composite Structures in the ACT Program and at Langley Research Center (1985 to 1997). Summary and Bibliography /Langley Research Center, Hampton, Virginia, 1997.-86 c.

28. «Разработка методов повышения весовой эффективности конструкций из КМ и разработка нормативной технической документации на технологии их изготовления». Этап 2// НТО 1.4.120-2011. — М.: Национальный институт авиационных технологий (ОАО НИАТ), 2011. - 317 с.

29. Padaki V. Naveen, Alagirusamy R. Knitted performs for composite applications./ Journal of Industrial Textiles, Vol. 35, No. 4, April 2006. - C. 295 - 312.

30. Bogdanovich Alexander, Mungalov Dmitri. Complex shape 3D braided composite performs: structural shapes for marine and aerospace./ SAMPE Journal, Vol. 40, No. 3, May/June 2004. -9 c.

31. Bogdanovich Alexander, Mungalov Dmitri. Recent Advancements in manufacturing 3-D braided preforms and composites. / SAMPE Journal, Vol. 37, No. 3, May/June 2002. - 11 c.

32. Mohamed Mansour H., Bogdanovich Alexander E., C., Singletary James N., Lienhart R. Bradley. A new generation of 3D woven fabric performs and composites. 2004. - 11 c.

33. Tong L. 3D fibre reinforced polymer composites. - Amsterdam: Elsevier, 2002. - 254 c.

34. Advanced fibre-reinforcement matrix products for direct processes/Hexcel Corporation. - publication No. ITA 272a, March 2007. -12 c.

35. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология/ под ред. А. А. Берлина - СПб: Профессия, 2009. - 557 с.

36. Ричардсон М. Промышленные полимерные композиционные материалы: Пер. с англ. / Под ред. П. Г. Бабаевского, - М., 1980. - 472 с.

37. Связующие для полимерных композиционных материалов: учеб. пособие под ред. А. Ю. Алентьева. - М., 2010. - 69 с.

38. Кушнарева О. С., Белов С. А., Рябовол Д. Ю., Еремкин Д. И., Скиба О. В., Васечкин А. В., Шершак П. В. Развитие технологий изготовления деталей из ПКМ. - Журнал «Композиты 21 век», июль 2011. С. 12-16.

39. Еремкин Д. И. Разработка метода проектирования и способа изготовления трехмерного тканого каркаса лопатки вентилятора: дис. на соиск. уч. степ, кандидата техн. наук: 05.19.04/Еремкин Денис Иванович. - М.: МГУДТ, 2010.-164 с.

40. Якимова Е. А. Разработка метода проектирования и способа изготовления трехмерных многоплоскостных оболочек из ткани: дис. на соискание уч. степ. канд. техн. наук: 05.19.04/Якимова Елена Александровна. — М.: МГУДТ, 2010.-204 с.

41. Patent 0168775 A1 US, Int. С1. В 32 В 31/04, В 29 С 31/00, В 27 N 3/10, U. S. С1. 264/258, 264/257. Method and apparatus for manufacturing a fiber reinforced synthetic composite structural element using fiber textile preforms/ Ulrich Eberth, Paul Joern.- №10/385,289; заявл. 03.10.2003; опубл. 11.09.2003. - 7 е.: ил.

42. Patent 0268832 A1 US, Int. CI. В 32 В 3/00, U. S. CI. 112/439. Method for the manufacture of a dry reinforcing preform for a composite structural member of an

aircraft/Franchesco Beneventi, Vincenzo De Vita, Inserra Imparato. - №11/084,960; заявл. 03.21.2004; опубл. 08.12.2005. - 5 е.: ил.

43. Patent 6029350 A1 US, Int. CI. В 21 D 53/26, U. S. CI. 29/894, 264/257. Spiral woven composite flywheel rim/David Maass, Douglas M. Hoon. -№09/076,467; заявл. 12.05.1998; опубл. 29.02.2000. - 5 е.: ил.

44. Advanced Polar/Spiral Woven structures. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.ballyribbon.com.

45. Patent 0042410 A1 US, Int. CI. В 32 В 5/12, U. S. CI. 428/66.6, 428/107, 156/221. Preform precurcor for fiber-reinforced composite material, preform for fiber-reinforced composite material, and method of manufacturing the precurcor and the preform/ Hideki Sakonjo, Masauasu Ishibashi, Takeshi Tanamura, Hashimoto, Hirokawa- №10/489,860; заявл. 12.08.2002; опубл. 24.02.2005.- 11 е.: ил.

46. Braid basics: A&P Technology. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.braider.com./Braid-Basics

47. Textile braiding machines: Herzog. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.herzog-online.com/_rubric/index.php?rubric=Products+Textile-braiding-machines+EN

48. J. Grogan, S. A. Tekalur, A. Shukla, A. Bogdanovich, and R. A. Coffelt, "Ballistic Resistance of 2D and 3D Woven Sandwich Composites," Journal of Sandwich Structures and Materials, 2007, Vol. 9, No. 3. С 283-302.

49. Damage-tolerant fan casings for jet engines: Originating technjlogy/NASA Contribution: Spinoff 2006. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http//spinoff.nasa.gov/Spinoff2006/T_l.html.

50. Composite fan blade containment case [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http//A&P Technology - Braider.com.

51. Amit Rawal, Prasad Potluri. Geometrical modeling of the yarn paths in three-dimensional braided structures// JOURNAL OF INDUSTRIAL TEXTILES. Vol. 35. 2005-№2. C. 115-135.

52. Бузов Б. А. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности: Учебник для студ. высш. учеб. заведений/ Б. А. Бузов, Н. Д.

Алыменкова; Под ред. Б. А. Бузова. -М.: Издательский центр «Академия», 2004. -448 с.

53. Общая химическая технология. Тема 13: «Композиционные материалы». - Новосибирск: НГУ. 2009. - 138 с.

54. Технологичность авиационных конструкций, пути повышения. Часть 1.: учеб. пособие под ред. Н. А. Евдокимова. - Ульяновск: УлГТУ, 2003. -148 с.

55. Каданцева А. И., Тверской В. А. Углеродные волокна: учеб. пособие. -М.: МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 2008. - 55 с.

56. Перепелкин К. Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. - М.: Научные основы и технологии, 2009. - 400 с.

57. Симамура С., Синдо А., Коцука К. и др. Углеродные волокна: Пер. с япон./ Под ред. С. Симамуры. - М.: Мир, 1987. - 304 с.

58. Stitched dry fibre preforms: Qinetiq [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.qinetiq.com/Stitched-preforms-data-sheet.pdf.

59. Vinchery, John Arthur Jones. Reinforcement of composite aircraft structures using tufting Cranfield University: This thesis is submitted in partial fulfilment of the requirements for the degree of Master of Science, 2007. - 109 c.

60. Kot, Josef Klingele A., Greb C., Schnabel A., Linke M., Gries Т.. Textile pre forming-research challenges for the future: Institut fur Textiltechnik (IT A) of RWTH Aachen University, 2011. - 36 c.

61. Тороид [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org./wiki

62. Болтянский В. Г., Ефремович В. А. Наглядная топология. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983. - 160 с. (Библиотечка «Квант», Вып. 21).

63. Тёрстон, Уильям П., Уикс, Джеффри Р. Математика трехмерных многообразий [Электронный ресурс]: В мире науки. 1984. - № 9. - С. 74-88. -Режим доступа: http://ega-math.narod.ru/Nquant/Space.htm.

64. Фоменко А. Т. Наглядная геометрия и топология: Математические образы в реальном мире. - М.: Изд-во МГУ, 1992. - 416 с.

65. Кушнарева О. С., Базаев Е. М., Андреева Е. Г. Исследование и разработка конструкций тканых оболочек тороидальных технических поверхностей// МГУДТ, 2007, вып. 8 (50). - С. 34-38.

66. Кушнарева О. С., Базаев Е. М. Исследование процесса формообразования цельнотканых оболочек тороидально-кольцевой формы. — В кн.: Непрерывное профессиональное образование в области технологии, конструирования изделий легкой промышленности: Сб. научных статей аспирантов и молодых ученых VIII Международной научно-методической конференции. - М.: Изд-во МГУДТ, 2007. - С. 77-82.

67. Кушнарева О. С. Базаев Е. М. Проектирование геометрии сети тороидально-кольцевых оболочек из плетёных рукавных материалов// Научный ж-л «Дизайн и Технологии». - М.: Изд-во МГУДТ, 2013, вып. 8. - С. 34-40.

68. Лич Джеймс. Энциклопедия AutoCAD 2002,/Перевод под ред. Стеценко И. - СПб.: Питер, 2002. - 1072 с.

69. Кушнарева О. С. Формообразование однослойных оболочек из рукавных тканей: Сб. докладов международной науч.-практ. конф. «Нано-, био-, информационные технологии в текстильной и легкой промышленности» («Текстильная химия - 2011»), Иваново: Изд-во «Иваново», 2011. - С. 108-109.

70. Кушнарева О. С. Базаев Е. М. Формообразование оболочек из плетеных рукавных тканей//Научный ж-л «Дизайн и Технологии», - М.: Изд-во МГУДТ, 2012, вып. 28 (70). - С. 41-45.

71. ГОСТ 2.103-68. Единая система конструкторской документации. Стадии разработки. - 6 с.

72. ГОСТ Р 15.201-2000. Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство. -15 с.

73. Проектирование [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org./wiki

74. Чебышев П. Л. О кройке одежды.//Успехи мат. наук. - 1946. - Т. 1, № 2. -С. 38-42.

75. Степанов С. Е. О кройке по Чебышеву.// Соросовский образовательный журнал. 1998. - № 7. С. 122 - 127.

76. Лаврис Е. В., Меликов Е. X. Проектирование цельнотканых бесшовных оболочек в 3-0 САПР// Швейная промышленность. 2005. - № 5. -С. 45-46.

77. Лаврис Е. В., Базаев Е. М., Андреева Е. Г. Цельнотканые объемные оболочки с комбинацией двухниточных и трехниточных переплетений. //Швейная промышленность. 2006. - № 6. - С. 42-43.

78. Лаврис Е. В., Мищенко Ю. С. Проектирование цельнотканых триаксиальных оболочек с усилительными элементами// Вестник Московского государственного университета дизайна и технологии. - 2006. - № 6(48). - С. 42-48.

79. Кушнарева О.С. Базаев Е. М. Проектирование тканевых оболочек тороидально-кольцевых технических поверхностей//В кн.: Торовые технологии: Сб. докладов 7-й между нар. науч.-практ. конф. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. — С. 135-138.

80. Косников Ю. Н. Поверхностные модели в системах трехмерной компьютерной графики//Учеб. пособие. - Пенза: Пензенский государственный университет. 2007. - 60 с.

81. Вержбицкий В.М. Основы численных методов: Учебник для вузов. -2-е изд., перераб. -М.: Высш. шк., 2005. - 840 е.: ил.

82. Пат. 2481954 Российская Федерация, МПК В 32 В 5/13, В 29 В 11/16, В 29 С 63/22. Способ изготовления корпусных деталей из композиционных материалов и композиционная окантовка иллюминатора, полученная таким способом/ Карпейкин И. С., Кушнарева О. С., Базаев Е. М., Скиба О. В., Васечкин А. В., заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Национальный институт авиационных технологий» (ОАО НИАТ). - № 2011148949; заявл. 01.12.2011; опубл. 20.05.2013.-20 е.: ил.

83. Carbon Fabrics: Technical datasheets [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.porcher-ind.com/en/activity/composites-carbon-fabrics_2_3_5.html.

84. Цуй Сюй, Гусева Р. И., Ли Вэй, Чжан Линюни, Гао Юй. Анализ состояния поверхности высокопрочных композиционных материалов с углеродным волокном и исследование их механических характеристик//Ученые записки. 2011. - № 6 - 1 (8). С. 4 - 8.