Разработка способа проектирования цельнотканых оболочек с усилительными элементами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.04, кандидат технических наук Кутуева, Юлия Сергеевна

• Кутуева, Юлия Сергеевна
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кутуева, Юлия Сергеевна

1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ БЕСШОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОИЗВОДСТВО ОДЕЖДЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

1.1. Анализ методов модификации структуры ткани.

1.1.1. Метод модификации нитей.

1.1.2. Метод введения дополнительных систем усилительных нитей.

1.1.3. Комбинированный методов модификации структуры ткани.

1.2. Ткацкие переплетения в триаксиальных оболочках.

1.3. Проектирование специальной одежды сложных форм.

1.3.1. Скафандр космонавта.

1.3.2. Особенности изготовления силовой оболочки скафандра космонавта.

1.3.3. Проектирование коленных и локтевых шарниров силовой оболочки скафандра космонавта.

1.3.4. Проектирование силовой оболочки перчатки скафандра космонавта.

1.3.5. Система требований для проектирования силовой оболочки скафандра.

Выводы:.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕЛЬНОТКАНЫХ ОБОЛОЧЕК С ЗАДАННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТЬЮ.

2.1. Теория надежности в проектировании текстильных изделий.

2.1.1. Способы определения количественных показателей надёжности.

2.1.2. Теория цельнотканых оболочек.

2.1.3. Способы повышения надёжности.

2.2. Влияние структурных показателей на эксплуатационную надежность тканых оболочек.

2.2.1. Влияния геометрических свойств тканей на эксплуатационную надежность тканых оболочек.

2.2.2. Влияния механических свойств тканей на эксплуатационную надежность тканых оболочек.

2.2.3. Зависимость свойств цельнотканых оболочек от характеристик нитей и вида переплетения.

2.3. Разработка методики проектирования структуры цельнотканых оболочек на основе системы показателей надежности.

Выводы.

3. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЦЕЛЬНОТКАНОЙ ОБОЛОЧКЕ С ТРИАКСИАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ.

3.1. Разработка метода введения усилительных нитей в направлении трех систем основных нитей оболочки.

3.2. Разработка метода введения усилительных нитей перпендикулярно основным нитям оболочки.

3.3. Разработка метода введения усилительных нитей, расположенных в виде петель.

3.4. Исследование свойств цельнотканых оболочек с усилительными элементами.

3.4.1 Исследование свойств экспериментальных усилительных элементов.

3.4.2 Исследование свойств усилительных элементов, введенных в структуру плоской тканой оболочки.

3.4.3 Исследование свойств усилительных элементов, введенных в структуру объемной цельнотканой оболочки.

Выводы.

4. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦЕЛЬНОТКАНЫХ

ДЕТАЛЕЙ СПЕЦОДЕЖДЫ С УСИЛИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ.

4.1. Разработка метода расчета количества и местоположения нитей в проектируемой цельнотканой оболочке с усилительными элементами.

4.2. Разработка экспериментального образца силовой оболочки перчатки космонавта.

4.2.1 Цельнотканая оболочка указательного пальца.

4.2.2 Цельнотканая оболочка безымянного напалка.

4.2.3. Цельнотканая оболочка напалка среднего пальца.

4.3. Рекомендации по проектированию и изготовлению цельнотканой силовой оболочки перчатки космонавта.

Выводы.

Основные результаты работы и выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка способа проектирования цельнотканых оболочек с усилительными элементами»

Возрастающая сложность промышленных изделий, ответственность функций, которые они выполняют, повышение требований к качеству изделий и условиям их эксплуатации - основные факторы, определяющие направления развития бесшовных технологий. Текстильные изделия специального и технического назначения становятся всё более сложными, как с точки зрения конструкции и технологии изготовления, так и в отношении структуры материалов, используемых для их производства.

Одним из перспективных направлений по усовершенствованию текстильных изделий является использование цельнотканых технологий. В ранее выполненных на кафедре ТШП МГУДТ работах была доказана высокая эффективность технологии проектирования и изготовления цельнотканых триаксиальных оболочек. Отличительной особенностью таких оболочек является изотропность свойств, что расширяет область применения бесшовных изделий.

Объемные триаксиальные оболочки обладают высокой формоустойчивостью. Это объясняется тем, что структура материала сопротивляется деформационному воздействию сразу в трех направлениях, параллельных нитям утка, левого и правого застилов. Поэтому бесшовные триаксиальные оболочки перспективно использовать при изготовлении изделий с изотропными свойствами и изделий с заданными показателями прочности на конкретных участках, что особенно важно для создания оболочек специального назначения.

При изготовлении спецодежды, такой как костюм космонавта, одежда водолаза, летчика, особое значение приобретает обеспечение ее высокой эксплуатационной надежности и, в частности, таких показателей как прочность, износостойкость, формоустойчивость, удобство пользования, высокая работоспособность и жизнедеятельность в экстремальных ситуациях. Это обуславливает необходимость совершенствования существующих и разработку новых материалов. Использование бесшовных технологий для изготовления деталей и узлов спецодежды является наиболее перспективным направлением совершенствования производства, так как обеспечивает улучшение износостойкости, долговечности, способности материала устойчиво сохранять форму изделия. Но одежда специального назначения является сложной технической системой с многочисленными деталями, отказ каждой из которой способен привести к потере защитных функций всего костюма, поставив тем самым под угрозу жизнь человека. По этой причине при разработке новых материалов и технологий изготовления одежды специального назначения необходимо глубокое понимание и использование теории надежности.

Космический скафандр за несколько десятилетий преодолел сложный путь от футуристического облегающего костюма, представленного в разработках первых энтузиастов, до 130 килограммового костюма, наблюдаемого миллионами телезрителей во время трансляций с Международной космической станции. Главная и наиболее сложная часть скафандра — силовая оболочка, которую изготавливают из текстильных материалов. Качество силовой оболочки и эффективность ее изготовления в значительной мере зависят от материалов и уровня работ на стадии разработки конструкции и технологии изготовления.

В скафандрах подвижность достигается за счет введения большего количества силовых элементов - дополнительных настрочных лент, металлических колец и т.д., отчего увеличивается вес изделия и трудоёмкость изготовления. Использование бесшовных технологий при производстве деталей скафандра позволит вводить усилительные элементы методом ткачества, что значительно снизит вес изделия, а также повысит прочностные характеристики.

Исследования, которые проводятся в ЦНИТТТП, МГУДТ, МГТУ им. Косыгина показывают, что изменение прочностных свойств ткани возможно осуществить за счет модификации переплетений и/или нитей. Но не исследованным остается вопрос возможности использования модифицированных переплетений для формирования усилительных элементов методом ткачества.

Разработка принципиально нового метода проектирования и изготовления деталей как дельнотканых оболочек с введением усилительных элементов в процессе ткачества позволит значительно улучшить показатели надежности спецодежды.

Цель работы — разработка способов проектирования цсльноткапых изделий специального назначения с усилительными элементами, обеспечивающих эксплуатационную надежность. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- анализ ткацких переплетений, усиливающих структуру ткани, состоящей из двух систем нитей; ?

- анализ модифицированных ткацких переплетений, состоящих из более двух систем нитей;

- исследование зависимости свойств оболочек от параметров тканой структуры;

- разработка методики проектирования структуры цсльноткапых оболочек на основе системы показателей надежности;

- разработка методов введения усилительных элементов в структуру цельнотканой оболочки, состоящей из трех систем нитей;

- исследование свойств цсльноткапых оболочек с усилительными элементами;

- разработка способа проектирования спецодежды с усилительными элементами, введенными методом ткачества;

- разработка рекомендаций по проектирование тт тгггетевлеттттте цельнотканой силовой оболочки перчатки космонавта.

Основные методы исследования. В работе использовались мстодтл теоретического анализа, классификации, математического моделирования, трехмерного описания пространственных моделей, современные методы и технические средства исследования свойств текстильных материалов. В работе использовались программы Microsoft World, Microsoft Excel, AutoCAD, Adobe Photoshop для операционной системы Windows XP.

Объектом исследования являются объемные формоустойчтгаьте целытоткатгые оболочки с усилительными элементами и способы их проектирования.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается

Г» ТЛ-« Г тттЛ Т*> ТТЛТТ* Ж> JLWAVXj 'XXV^ L> riVw/Jfl.

- разработан системный подход в проектировании цельнотканых оболочек с использованием модифицированных триакспалышх переплетений для зонального изменения эксплуатационных свойств;

- разработана методика проектирования структуры цсльпоттсапых оболочек на основе системы показателей надежности;

- разработаны три метода формирования усилительных элементов в процессе ткачества;

- разработан способ проектирования и метод расчета количества и местоположения нитей в объемных цельнотканых оболочках с усилительными элементами.

Практическая значимость работы заключается в:

- разработке способа проектирования структурных характеристик цсльпоттсапых оболочек на основе заданных механических, физических свойств и требований эксплуатационной надежности; разработке трех принципов модификации триаксиальных переплетений и трех методов введения усилительных нитей в триакеиалытуто цельнотканую оболочку;

- разработке цельнотканых напалков силовой оболочки перчатки скафандра космонавта и рекомендаций по ее проектированию и изготовлению.

Достоверность проведенных исследований подтверждена корректностью теоретических предпосылок постановки задач и современными методами их решения, использованием известных положений фундаментальных наук, сходимостью полученных теоретических результатов с данными эксперимента и результатами промышленной апробации изготовленной целытотканой оболочки. Достоверность новизны технического решения подтверждается подачей заявки на патент тта изобретение «Способ изготовления целытоткаттых оболочек с усилитслыгмлш элементами».

Апробация и реализация результатов исследования. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на трех научно-практических межвузовских конференциях и на ОАО «НЛП «Звезда». На основе разработанной методики проектирования целънотканых оболочек с усилительными элементами проводится разработка цельнотканой силовой оболочки перчатки для скафандра космонавта в рамках договора о сотрудничестве МГУДТ с ОАО «ТТПТТ «Звезда» по программе Федерального Космического Агентства по разработке усовершенствованного скафандра для внекарабелытой деятельности.

Результаты и материалы исследования использованы в учебном процессе МГУДТ при выполнении дипломных и научно-исследовательских работ студентов специальности 28.08.00 «Технология швейных изделий».

Публикации. Основные положения работы опубликованы в тезисах докладов и трех статьях, подана заявка на патент на изобретение «Способ изготовления цсльиоткапых оболочек с усилительными элементами». rirtiiAnnt f ТГт?ЛЛЛПФ01ПТАТТТТ0П ^О^ЛТО ЛЛЛТЛТТТ TJO птэлттлттттгг

V * J 14 J W s Utf pi-^riv^vp X Ul4,riVi I tiU/l |JUUV1U vril JJUV^Vj tlli/tj четырех глав, общих выводов, списка литературы, включающего 46 наименований. Работа изложена па 145 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков, 20 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Технология швейных изделий», Кутуева, Юлия Сергеевна

Основные результаты работы и выводы

1. Анализ способов модификации ткацких переплетений показал, что использование методов усиления структуры ткани путем введения дополнительных систем нитей позволит осуществить зональное изменение свойств цельнотканых триаксиальных оболочек без использования отделочных или швейных операций, что повысит эксплуатационную надежность и расширит область применения бесшовных изделий.

2. Большое число деталей кроя в силовой оболочке скафандра обусловило наличие большого количества стыков и швов, то есть мест, где возможен разрыв, и является причиной трудоёмкости и сложности изготовления. Для устранения указанных недостатков рекомендуется заменить отдельные особосложные узлы на цельнотканые оболочки.

3. На основании анализа особенностей изготовления и эксплуатации силовой оболочки скафандра «Орлан МКС» разработана система требований, которая является полной и необходимой входной информацией для проектирования бесшовной силовой оболочки скафандра методом триаксиального плетения.

4. Установлено, что при рассмотрении надёжности, сложное текстильное изделие должно быть рассмотрено как техническое устройство, так как это позволяет в полной мере оценить возможные отказы не только в главных деталях, но и во вспомогательных элементах.

5. На основе разработанной теории цельнотканых оболочек определенно, что для исключения деформационных изменений при эксплуатации необходимо минимизировать возможные напряжения в областях неопорных поверхностей на стадии изготовления оболочки за счет формирования максимально устойчивой структуры, что можно достичь при условии, что все нити оболочки являются прямыми одеваемой поверхности или все элементарные ячейки стремятся к правильной форме, т. е. изменение сетевых углов сведено к минимуму.

6. Выявлена зависимость между структурными и механическими показателями, которая свидетельствует о равностепенности влияния диаметра нитей, сырьевого состава, плотности распределения нитей и вида переплетения на прочностные показатели цельнотканых оболочек. Однако при заданных параметрах нитей, используемых в структуре силовой оболочки костюма космонавта, улучшение прочностных показателей можно достичь лишь путем модификации и совершенствования переплетений.

7. Разработан принцип проектирования цельнотканых оболочек, который представляет собой поэтапное проектирование сложных технических систем на основе системного подхода, что соответствует современному развитию теории оболочек и позволяет проектировать изделия с заданной эксплуатационной надежностью.

8. Разработан принципиально новый способ проектирования и изготовления объемных цельнотканых оболочек, сущность которого заключается в том, что тканая оболочка состоит из основного полотна и усилительных элементов, введенных методами ткачества, что повышает прочностные свойства и расширяет области применения триаксиальных оболочек в спецодежде. Новизна разработанного способа изготовления цельнотканых оболочек подтверждена подачей заявки на патент на изобретение «Способ изготовления цельнотканых оболочек с усилительными элементами».

9. Разработано три метода введения усилительных систем нитей для формирования усилительного элемента в триаксиальной объемной оболочке, позволяющие усовершенствовать конструкции одежды специального назначения и повысить ее эксплуатационную надежность.

10. Испытания оболочек с усилительными элементами показали, что введение усилительных систем нитей одним из трех разработанных методов позволяет значительно увеличить прочность на разрыв; наиболее подходящим методом введения усилительных элементов при изготовлении цельнотканых элементов спецодежды является метод введения усилительных нитей дублирующих положение основных систем нитей.

11. Разработан метод расчета количества и местоположения нитей в цельнотканой оболочке с усилительными элементами, позволяющий проектировать бесшовные детали любой пространственной формы с улучшенной эксплуатационной надежностью.

12. Установлено, что использование различных методов введения усилительных систем нитей позволяет изменять показатели эргономичности цельнотканой оболочки сложной формы в лучшую сторону по сравнению с оболочками, созданными по швейной технологии.

13. Разработана цельнотканая оболочка напалка силовой оболочки скафандра космонавта, результаты испытания которой показали, что она полностью отвечает требованиям эргономичности и надежности, обеспечивает большую подвижность и тактильность за счет отсутствия швов и резинового наконечника.

14. Разработаны рекомендации по проектированию и изготовлению цельнотканой силовой оболочки перчатки космонавта, которые будут использованы при производстве экспериментального образца цельнотканой силовой оболочки перчатки для скафандра нового типа.

15. Промышленная апробация результатов работы на ОАО «НПП «Звезда» при изготовлении цельнотканых напалков силовой оболочки перчатки скафандра космонавта показала перспективность работ по внедрению бесшовных технологий в производство силовой оболочки скафандра космонавта.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кутуева, Юлия Сергеевна, 2008 год

1. Лаврис Е. В. Разработка способа проектирования тканых бесшовных оболочек. Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Рукопись. М., 2005. 152 с.

2. Меликов Е. X., Лаврис Е.В. Совершенствование методов проектирования цельнотканых бесшовных оболочек. Швейная пр-сть. 2005. №1. С.44-45.

3. Патент № 3016604(w0). Ткань для наружного покрытия одежды пожарного / Thomas, Charls от 14.08.02 г.

4. Патент № 6523578(US). Материал с повышенным сопротивлением смятию и высокой пористостью /Schneider Terry L; Helton Terence, от 27.09.99 г.

5. Патент № 2275834(ОВ).Тканый материал для одежды пожарных / Barbeau Claude; Cochran Ross, от 07.03.94 г.

6. Лаврис Е. В., Базаев Е. М., Андреева Е. Г. Цельнотканые объемные оболочки с комбинацией двухниточных и трехниточных переплетений. Швейная промышленность №6, М., 2006.

7. Patent GB №2117418 WKP: D 03 D 13/00, 12 Oct 1983.

8. Патент № 3270026(SP). Теплорассеивающий материал / Miki Shigeki, от 31.08.99 г.

9. Патент №5899134(US). Плетеный материал и способ его производства / John Klein, Jr. Broughton, от 15.09.97 г.

10. Патент № 2822855(FR). Упрочненная ткань / Favier Frederique; Kahu Jean Pol, от 29.03.01 г.

11. Патент № 2228377(RU). Ткань с переплетением Шилова / Шилов С.Б., от 30.08.02 г.

12. Патент № 1528823 (SU) Ткань / Шмелев В.А., Липанов A.A., Ермаков С.А., от 15.12.1989

13. Патент 7D 03D 25/00 Kimura Hiromi Трехосевой тканый материал и способ его изготовления. JP 3401716 В2 9170138 А, 1995.

14. Патент 6D 04С 1/00 Klein John T., Broughton Jr., Roy M., Beale David G. Плетеный материал и способ его изготовления. US 5899134 А, 1997.

15. Кокеткин П.П., Одежда: технология-техника, процессы-ткачество. Справочник, М., МГУДТ, 2001.

16. Уманский С.П., Человек на космической орбите, изд. «Машиностроение», Москва, 1974

17. Малкин В. Б., Черняков И. Н.12 апреля — День космонавтики. Эволюция скафандра. Журнал Здоровье, №4, М., 1978.

18. Алексеев С.М., Уманский С.П. Высотные и космические скафандры. М., Машиностроение, 1973,280с.

19. Иванов Д.И., Хромушкин А.И. Системы жизнеобеспечения человека при высотных и космических полётах. М., Машиностроение, 1968,250с.

20. Уманский С.П. Снаряжение космонавта. М., Машиностроение, 1982,

21. Г. Ильин, В. Иванов, И. Павлов. Космические скафандры // Наука и жизнь -1978-№6.

22. И.П.Абрамов, Г.И.Северин, А.Ю.Стоклицкий, Скафандры и системы для работы в открытом космосе, «Машиностроение», Москва, 1984

23. И.П. Абрамов, М.Н. Дудник, В.И. Сверщек, Г.И. Северин, А.И. Скуг, А.Ю. Стоклицкий Космические скафандры России, М., ОАО НПП «Звезда», 2005.

24. Конструирование одежды с элементами САПР, под редакцией Е.Б.Кобляковой / Легпромбытиздат, М, 1988.

25. Шор Я. Б., Статистические методы анализа и контроля качества и надежности, М., 1962

26. Дипшнгер Ф. Оболочки. Тонкостенные железобетонные купола и своды. ГОССТРОЙИЗДАТ. М., 1932,268 стр.

27. Меликов Е.Х., Лаврис Е.В., Стаханова С.И., Иванов С.С. Малооперационные технологические процессы изготовления швейных изделий // Сборник научных трудов «Вестник МГУДТ» — 2005. №5.

28. Садыкова Ф.Х., Текстильное материаловедение и основы текстильного производства, Легкая индустрия, М, 1967 г

29. Жихарев А.П., Свойства материалов, уч. пособие (ч.1), Москва, МГУДТ, 2001 г

30. Бузов Б.А., Алыменкова Н.Д., Петропавловский Д.Г., Андриенко П.П., Савчук Н.Г., Лабораторный практикум по материаловедению швейного производства, Легпромбытиздат, М, 1991 г

31. Бузов Б.А., Алыменкова Н.Д., Петропавловский Д.Г., Практикум по материаловедению швейного производства, изд. центр "Академия", Москва, 2003 г

32. Бузов Б.А., Модестова Т.А., Алыменкова Н.Д., Материаловедение швейного производства., ЛЕГПРОМБЫТИЗДАТ, М., 1986 г. 424стр.

33. Иванова Е.А., Изучение деформаций ткани, возникающих при формовании деталей одежды, Москва, 1963 г

34. Румянцева Г.П., Исследование изменения геометрии ткани при ее растяжении в деталях швейных изделий: Дис. канд. техн. наук. М., 1979.

35. Б.А. Бузов, Н.Д. Алыменкова, Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности. М.: изд. центр "Академия'*, 2004.

36. Румянцева Г.П., Алыменкова Н. Д., Исследование изменения геометрии ткани при ее двухосном растяжении в различном направлении, в кн. "Новые методы исследования строения, свойств и оценки качества текстильных материалов" — Минск: Высшая школа, 1977.

37. Алыменкова Н.Д., Бузов Б.А., Анизотропия деформационно-прочностных свойств ткани при ее растяжении, уч. пособие. М.: МТИЛП, 1981.

38. Лобачевский Н. И., Сочинения по геометрии. М. - Л., 1946-49 (Полн. собр. соч., т. 1-3).

39. Гардан И., Люка М., Машинная графика и автоматизация конструирования. М.: Мир, 1987 (Techniques Graphiques et С.А.О. / par Michel Lucas et Yvon Gardan. - France: Hermes Publishing, 1983).

40. Тихомиров Ю., Программирование трехмерной графики. СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 1998.

41. Делоне Б.И.,0 пустоте сферы // Изв. АН СССР, ОМЕН. -1934, -№4. -793800.

42. Костюк Ю.Л., Грибель В.А., Размещение и отображение на карте точечных объектов // Методы и средства обработки сложный графической информации (тезисы доклада всесоюзной конференции). Часть 2. -Горький. -1988. — с.60-61.

43. Ласло М., Вычислительная геометрия и компьютерная графика С++ /Пер. с англ. -М.: БИНОМ, 1997.

44. Скворцов А.В., Костюк Ю.Л., Эффективные алгоритмы построения триангуляции Делоне // Геоинформатика. Теория и практика. Вып. 1 — Томск: Изд-во Томского ун-та, 1998. 22-47.

45. Lee D., Schachter В. Two algorithme for constructing a Delaunay triangulation // Int. Jour. Сотр. and Inf. Se. 1980. - 9, №3. - c. 219-242.

46. Shapiro M. A note on Lee and Schachter's algorithm for Delaunay triangulation // Int. Jour. Сотр. and Inf. Sciences. — 1981. 10, № 6. -c. 413-418.