纤维性能对成纱性能的影响一直是纺纱领域中最为经典的课题。从纤维原料性能的测量与表征、纺纱各工序的配置与优化到成纱性能的分析与预测,都受到了很多研究者的关注。在成纱性能的各项评价指标中,尤以成纱条干不匀为主导,关系着成纱性能的其它方面。本研究通过分析具有一定长径比的纤维在纱条中随机排列,揭示成纱条干理论不匀及附加不匀产生的机理,为优化原料配置,合理制定相关纺纱工艺,分析预测成纱性能提供理论基础。本文对纤维几何特征(长度及细度)的表达中使用了分布的概率密度函数,从而实现了分布的全面表征,并能进行精确计算。在分析纤维随机排列对成纱条干不匀影响时,为模型构建及简化计算,假设纤维在纱条中伸直平行排列。本文的研究工作主要涵盖了如下几个方面：a)纤维长度及细度分布的概率密度函数表征；b)纤维几何特征对成纱条干不匀的影响；c)纤维长度分布对牵伸条干不匀的影响；d)纤维几何特征对混纺纱条干不匀及混合不匀的影响。分别对应文中第二至五章。要分析纤维在纱条中的几何随机排列,首先需明确表达纤维长度及细度几何特征的分布。论文第二章首先基于纤维长度的直方图数据,采用非参数核密度估计的方法进行拟合。实验及计算表明,正态核函数拟合出的密度函数曲线更近乎平滑,且积分算得的长度指标与实测值更相近,具有较好地拟合效果。考虑到生产实践中经常使用的是长度指标,通过逐步回归的方法,得到了纤维长度指标与长度分布统计量(均值与方差)间的关系,进而采用混合分布模型,结合了正态分布与幂函数的灵活性,给出了长度分布密度函数一种有效拟合,通过验算短绒率及有效长度(即上四分位长度),与实测结果较为相符。鉴于aQura棉纤维长度检测仪测得的纤维重量及根数加权长度分布直方图的差异,计算了不同长度下棉纤维之间的细度分布；结合实验方法确定的陆地棉沿纤维长度方向上线密度变化规律,最终较为全面地给出了棉纤维细度不匀及直径不匀的计算方法。本章还给出了纤维长度分布密度函数在牵切工艺中对纤维长度变化分析及工艺控制的应用,说明密度函数的表示可将理论研究的成果进一步变成有力的分析工具,为优化纺纱工艺以及对纱线性质进行预测和推断提供了可行的方法。对成纱条干理论不匀研究较为经典的当属Martindale和Suh分别基于纤维细度和长度分布的工作,论文第三章首先概述了此二理论,并分析了其存在的问题。随后通过一个生产中的样本,在纤维长度分布概率密度函数的非参数核估计拟合基础上,实现了Suh纱线条干理论不匀模型的计算；并进一步讨论了长度各指标对成纱理论不匀及附加不匀的影响,其中,有效长度及长度不匀对成纱条干不匀影响显著,短绒率(尤其16mm)对不匀影响较大,在纺普梳纱时应严格把关。本章还通过研究纱条截面内纤维根数与纤维长度分布及纱条中纤维头端密度的关系,推导了成纱条干理论不匀模型。实验表明,改进后的理论不匀结果相比于Martindale和Suh理论更能体现出成纱实测条干不匀的变化趋势。成纱条干不匀另一构成因素称为附加不匀,主要在牵伸工序产生,源于纤维在牵伸过程中受到的牵伸力不均衡、纤维变速位置不恒定,进而影响纤维在纱条中的几何排列。因此,论文第四章首先在I.T.T.(Institute of Textile Technology, USA)牵伸力测试装置上,通过模拟单区与双区罗拉牵伸,测算了不同牵伸倍数及牵伸隔距下的牵伸力均值及其不匀,分析发现：牵伸倍数在后区牵伸中存在着一个特征点使得牵伸力不匀最小；当牵伸隔距增大到在某一范围内变化时,牵伸力不匀的增长趋势不明显。在主区牵伸中,牵伸力均值的变化更大程度上是受后区牵伸倍数的影响；牵伸隔距对牵伸力变化有较显著得影响,随牵伸隔距设置增大,牵伸力不匀呈递增趋势。试验还表明：较低的牵伸力不匀可以改善纱条的条干均匀度。而牵伸中产生条干附加不匀的直接原因在于纤维变速的不一致性,本文提出了使用对数正态分布进行求解变速点分布的概率密度函数,引入牵伸倍数、牵伸隔距及纤维长度分布构建了理论关系式,并实验验证了方法的合理性。鉴于牵伸后纱条重量不匀与纤维变速点不匀的关系,还给出了使纤维变速点不匀最小的数值优化牵伸配置的方法,相比较于传统的回归优化方法,此方法更简单易行,且与传统优化结果可比。对于不同纤维进行混纺,论文第五章通过引入两组份纤维细度比(细度系数),基于Martindale条干理论不匀公式,讨论了混纺纱条条干理论不匀与纤维细度及其不匀的关系,由图像解析方法得出：在细度系数为0.2-0.3时,成纱条干极限不匀存在最小值。之后使用条件概率的方法,引入了纱条截面内纤维根数的变异,构造了一个两组分混纺纱条中纤维随机混合不匀表征的新模型,通过与已发表的实测混合不匀及其它预测结果相比,本模型所计算的理论混合不匀率较实测结果更加接近。综上所述,本文通过构建能全面表征纤维长度及细度分布信息的概率密度函数,研究纤维的几何特征对其在纱条中排列与分布的影响,揭示纤维几何特征对牵伸加工过程及成纱条干不匀的影响机理,为优化原料配置及纺纱工艺设置、预测成纱性能提供了理论依据。