hrvatski

Numeričko modeliranje i optimizacija ojačanja na odjeći

U ovoj disertaciji prikazana su sustavna i sveobuhvatna istraživanja ojačanja rupica za gumbe. Prikazano je istraživanje mehaničkih svojstava ojačanja rupica za gumbe pomoću dinamometra i mjernog sustava ARAMIS, te rezultati numeričkog modeliranja i optimizacije navedenih ojačanja. U pregledu tematike napravljen je sustavni pregled literature vezane uz tematiku doktorske disertacije. Opisane su osnove konstrukcije tkanina i njihova mehanička svojstva s posebnim osvrtom na vlačna i smična svojstva, svojstva savitljivosti i sposobnost oblikovanja, kao temeljna svojstva koja je potrebno poznavati kako bi se mogla modelirati tkanina kao osnovni gradbeni element u izradi odjeće ili pojedinih dijelova odjeće, odgovarajućim numeričkim i matematičkim postupcima. Opisan je razvoj i vrste numeričkih metoda koje se koriste u inženjerskom rješavanju problema s različitim područjima primjene, a detaljnije je opisana metoda konačnih elemenata koja je korištena u numeričkom modeliranju ojačanja na odjeći. Poseban osvrt dan je na primjenu numeričkih metoda na području tekstilne i odjevne tehnologije, te su opisani i prikazani primjeri koji su do sada istraživani u navedenom području. U nastavku je opisan postupak i metode optimizacije, šivaći automati za izradu ravnih i okastih rupica za gumbe te opis njihova rada. Također je napravljen pregled definicija i izraza po kojima je provedena statistička obrada rezultata istraživanja. U eksperimentalnom dijelu rada prikazane su osnovne postavke istraživanja izvedenih u disertaciji s prikazom plana istraživanja. Opisana su mehanička svojstva materijala korištenog u istraživanjima, tehničke karakteristike korištenih šivaćih automata za izradu ravnih i okastih rupica za gumbe, instrument za ispitivanje mehaničkih svojstava tekstilnih materijala, debljinomjer za plošne proizvode, mjerni sustav ARAMIS za mjerenje deformacija te KES FB sustav za mjerenje mehaničkih svojstava tkanina. U nastavku su opisani parametri ojačanja za ravne i okaste rupice za gumbe s prikazom istraživanih uzoraka. Nadalje je opisan postupak određivanja modula elastičnosti i Poissonovog koeficijenta, te su prikazani originalni ispisi rezultata istraživanja na dinamometru i mjernom sustavu ARAMIS. U nastavku su opisani primijenjeni numerički i matematički postupci za numeričko modeliranje i optimizaciju ojačanja oslabljenih mjesta u tekstilu i odjeći koji su prilagođeni za primjenu u numeričkom opisivanju njihova ponašanja tijekom djelovanja opterećenja. Opisan je program za modeliranje ojačanja rupica za gumbe primjenom metode konačnih elemenata, te je prikazan dijagram toka. Razvijen je program za analizu ravninskog stanja naprezanja koji je modificiran za primjenu u slučaju materijalne nelinearnosti izazvane ograničenom tlačnom nosivošću materijala, tj. pojavom nabiranja u zoni tlačnih naprezanja. Pripadni nelinearni problem rješavan je iterativnim postupkom uz primjenu metode početne krutosti. U ovom poglavlju provedeno je istraživanje utjecaja broja iteracija i gustoće mreže trokutnih konačnih elemenata na točnost rezultata. Rezultati istraživanja pokazuju da su vrijednosti prekidnih sila, prekidnog istezanja i vremena prekida najniže za ravne rupice s radijalnim zaporom, što ujedno pokazuje da je taj tip ojačanja najslabiji za ravne rupice za gumbe. Vrijednosti navedenih parametara za ravne rupice s pravokutnim i polukružnim zaporom su približno jednake, što ukazuje da su ti tipovi ojačanja istih čvrstoća. Vrijednosti prekidnih sila, za okaste rupice tip 2 i tip 5, niže su od njihovih vrijednosti za ravne rupice. Okasta rupica tip 2 ima karakteristično "oko" rupice kružnog oblika i završetak proreza tog tipa rupice je kružni, dok okasta rupica tip 5 ima ravan prorez rupice i završetak je poput radijalnog zapora na ravnoj rupici za gumbe. Prilikom ispitivanja uzoraka na dinamometru utvrđeno je da se uzorci ravnih rupica s malim zaporom kidaju upravo po zaporu, pri čemu dolazi do razaranja zapora. Kod duljih i gušćih zapora (duljina 2, 5 i 3, 5 mm, gustoća 0, 2 mm) dolazi do kidanja i trajnog oštećivanja tkanine, a zapor se deformira. Kod okastih rupica, zbog specifičnog oblika "oka", prilikom ispitivanja uzorka na dinamometru dolazi do kidanja tkanine na "oku" rupice. Rezultati istraživanja deformacija pomoću mjernog sustava ARAMIS pokazuju da je deformacija najmanja kod ravne rupice za gumbe s radijalnim zaporom, što se ujedno poklapa i s rezultatima mjerenja prekidnih sila na dinamometru jer su za navedene uzorke izmjerene najmanje prekidne sile, najmanja prekidna istezanja i najkraće vrijeme prekida, što ujedno dokazuje da je radijalni zapor najslabije ojačanje. Budući da su na uzorcima ravnih rupica s pravokutnim ojačanjem zabilježene najveće vrijednosti deformacija može se zaključiti da je ova vrsta zapora najčvršća. Za ostale tipove rupica rezultati prekidnih sila slažu se s vrijednostima deformacija dobivenim sustavom ARAMIS. U 2D prikazima deformacija uočljiva su područja s većim deformacijama na rubovima rupice za gumbe, okolini proreza rupice i u području blizu ojačanja, što se poklapa s rezultatima numeričkog modeliranja u programu MS Visual Basic. U 3D prikazima deformiranih uzoraka uočljiv je središnji dio uzorka (područje rupice za gumbe) koji se nabire i izvija uslijed deformacije jer tekstilni materijal nije tlačno nosiv. U rezultatima dobivenim numeričkim modeliranjem ista područja uzorka ističu se kao područja tlačne zone. Rezultati optimizacije ojačanja rupica za gumbe pomoću programa napravljenog u programu Microsoft Visual Basic pokazuju da se može utvrditi njihova optimalna veličina. Rezultati optimizacije pravokutnog i kružnog oblika ojačanja u dvije različite gustoće mreža konačnih elemenata prikazani su u radu. Funkcija cilja definirana je tako da objedinjuje kriterije naprezanja i utroška materijala. Geometrija ojačanja opisana je pogodno odabranim optimizacijskim varijablama, a minimizacijom funkcije cilja dobivene su optimalne vrijednosti debljine i veličine ojačane zone. Ovim istraživanjima dan je značajan doprinos znanstvenom polju tekstilne tehnologije, grani odjevna tehnologija, jer su sustavnim i sveobuhvatnim istraživanjima utvrđene vrijednosti optimalne veličine zapora na rupicama za gumbe. Tijekom istraživanja korištene su numeričke i matematičke metode koje su modificirane i prilagođene za uporabu u području tekstilne i odjevne tehnologije kako bi što točnije opisale pojave koje se događaju u okolini proreza za gumbe prilikom opterećivanja uzorka.

odjevna tehnologija; ojačanja na odjeći; numeričko modeliranje; metoda konačnih elemenata

nije evidentirano