层叠间隔织物压缩性能及粘弹性研究

来源 :东华大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:gaolei19890917
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间隔织物是一种三维立体织物,由上表面层、下表面层、以及连接上下表面层的间隔丝中间层组成。经编间隔织物具有优异的缓压性能,在其受到外力作用时,间隔丝可以产生较大的弯曲作用,受到的外部压力可以迅速扩散,可以避免应力集中现象的出现,因此适合于用作垫类材料,作为垫类材料时,压缩性能是其主要体现的性能。但是目前就间隔织物在压缩性能研究方面,主要集中于单层间隔织物的压缩性能研究,缺乏对于多层间隔织物压缩性能的探究。因此本课题主要的研究思路是首先对多层间隔织物进行平板压缩和球形压缩试验,提取平板压缩和球形压缩结果中的相关指标进行整理与分析,之后建立间隔织物压缩粘弹性力学模型,对间隔织物压缩性能进行模型分析,揭示内部相互作用关系,最后基于最优化模型探究间隔织物弹性模量的影响因素,并对主观舒适性评价分数与织物弹性模量建立联系。本论文主要研究内容与结论如下:(1)采用层合叠加方法研究了多层间隔织物的压缩性能。通过研究发现采用垂直叠加的方式抗压缩性能、压缩回弹性能以及耐使用性能更好;间隔织物叠层处理对织物整体的压缩率影响较大,随着层数的不断叠加,整体压缩率逐渐降低;随着间隔织物层数的叠加,织物整体的压缩功不断增加,说明其层数越多,间隔织物整体的抗压性能越来越强;平板压缩和球形压缩之间的压缩功、回复功、滞后功等指标之间具有很好的相关性,不同尺寸的球形压缩之间的压缩功、回复功、线性度等指标之间具有很好的相关性,彼此之间存在一定的线性关系,可以通过一种特征指标参数值来预测其他特征指标参数值。(2)基于间隔织物自身的粘弹性特性,建立多种粘弹性模型对其压缩行为进行分析。建立线性弹簧模型、Maxwell模型、Kelvin模型、改进的Maxwell模型和改进的Kelvin模型,对每种粘弹性模型的本构方程式进行推导,并对平板压缩的试验结果进行拟合分析,确定了最适合用来描述间隔织物弹性压缩阶段中内部作用关系的最优化模型—改进的Kelvin模型;无论是对单层间隔织物的试验曲线还是多层间隔织物的试验曲线,改进的Kelvin模型对其拟合程度R~2值均在0.99以上,可以认为拟合曲线与试验曲线完全一致,模型对间隔织物模量的预测值与模量标准值偏差率小,可信度高;改进的Kelvin模型可用于分析间隔织物的弹性模量值和弹性压缩阶段中的粘滞系数;改进的Kelvin模型本构关系式表明间隔织物的弹性压缩阶段本质上为非线性阶段;随着间隔织物层数的叠加,间隔织物层与层之间的摩擦耦合作用强度不断提升,织物界面间的相互作用强度不断提升;随着间隔织物层数的叠加,能量耗散的功即“无用功”占比在不断增大,使间隔织物发生形变的功即“有用功”占比在逐渐减小,因此间隔织物整体的压缩率会随着织物层数的增多而逐渐减小。(3)利用最优化模型探究间隔织物压缩弹性模量的影响因素。间隔织物垂直方式叠加时弹性模量更大,多层间隔织物的叠加顺序几乎不会影响织物的弹性模量,外部作用力强度越大,织物整体弹性模量越大;间隔织物层数越多,织物弹性模量越大,人体主观舒适度越高;随着织物层数的增加,织物弹性模量不断增大,但此时人体对于织物整体的舒适性评价分数前后相同,表明了当间隔织物层数叠加到一定程度的时候,人体感知到的舒适性差异就不是特别明显了;从消费者角度考虑,在实际购买间隔织物床垫的过程中,可以按需购买,选择合适的厚度,不一定非要选择层数多、厚度大的床垫,可以选择层数略少的床垫,也可以获得一致的舒适性体验,织物弹性模量对人体主观评价结果具有重要影响。
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