有限元在分析纱线毛羽减除机理上的应用

论文摘要

纱线的毛羽过多,不仅影响后续工序的顺利进行,而且影响产品质量。一般认为,纱线的毛羽生成于纺纱工序,增长于络筒工序。随着络筒机速度的不断提高,如何控制高速络筒机毛羽的增长幅度,成为人们关注的一个问题。科学技术的发展,使气流,尤其是高速气流,被越来越广泛的应用到纺织生产中。国内外的研究人员通过在细纱机或者是络筒机上安装一个气流喷嘴,利用气流喷嘴内高速气流的作用减少纱线的毛羽。前面的研究工作中,也曾设计了一个减羽喷嘴,通过实验证实,在络筒机上安装减羽喷嘴以后,在一定程度上降低了纱线毛羽的增长幅度。但是,这些研究工作主要基于实验的研究,并没对减羽喷嘴内的高速气流的运动状态进行全面分析,也就无法解释纱线在经过减羽喷嘴时毛羽的减除机理。在本课题中,主要包括三部分:一是减羽喷嘴内气流状态的数值模拟,二是模拟喷嘴的设计和安装,三是模拟喷嘴内纱线运动状态的研究。1.在合理简化的基础上,利用有限元软件ANSYS中的CFD功能,对减羽喷嘴三维简化模型内高速气流进行了数值模拟。模拟的结果显示减羽喷嘴内的气流以涡流状运动。2.为了捕捉喷嘴内纱线的运动状态,根据雷诺数相似的原则,将喷嘴的尺寸放大五倍,并用有机玻璃制作模拟喷嘴,安装在1332络筒机上。3.利用柯达高速摄影技术,在不同纱道直径和气压条件下,捕捉减羽喷嘴内纱线的运动状态,发现纱线在减羽喷嘴中的运动是圆柱螺旋运动,也就是纱线在气流的作用下,形成气圈,边向上运动边旋转,以圆柱螺旋状前进,这一点与理论分析相符。综上所述,纱线毛羽的减少,主要是由于纱线在经过减羽喷嘴时受到涡流的作用。纱线在涡流的作用下形成气圈,并以圆柱螺旋状前进的过程中,利用“假捻—解捻—包缠”原理,纱线的毛羽被包缠进纱体,毛羽减少。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 毛羽的产生及其危害

1.2 减少毛羽的方法

1.2.1 合理控制各工序的工艺参数

1.2.2 采用新型的成纱技术

1.2.3 采用新型络筒技术减少毛羽

1.3 课题的提出、目的和意义

1.3.1 课题的提出

1.3.2 课题研究的目的

1.3.3 课题研究的意义

1.4 本文的创新之处

第二章气流喷嘴在减少纱线毛羽上的应用

2.1 纺纱工序减少纱线毛羽

2.2 络筒工序减少纱线毛羽

第三章有限元及其在纺织上的应用

3.1 有限元分析技术简介

3.1.1 有限单元法的基本思想

3.2 有限元分析技术的实现方法

3.3 ANSYS简介

3.3.1 ANSYS的发展历史

3.3.2 ANSYS的组成

3.3.3 ANSYS的功能

3.3.4 FLOTRAN CFD分析概述

3.4 有限元分析技术在纺织中的应用

3.4.1 纺织机件的结构力学分析

3.4.2 织物的结构力学分析

3.4.3 复合材料的结构力学分析

3.4.4 各种流场问题的分析

3.5 利用有限元法分析气流场

第四章络筒机上减羽喷嘴内气流状态的数值模拟

4.1 纱道内速度分布特性

4.1.1 切向速度分布

4.1.2 径向速度分布

4.1.3 轴向速度分布

4.2 模型的建立

4.2.1 减羽喷嘴的结构

4.2.2 在ANSYS中建立减羽喷嘴的三维简化模型

4.3 定义单元类型和划分网格

4.3.1 定义单元类型

4.3.2 定义网格尺寸

4.3.3 划分网格

4.4 边界条件的确定

4.4.1 入口边界

4.4.2 出口边界

4.4.3 固体壁面

4.5 施加边界条件

4.5.1 入口边界

4.5.2 出口边界

4.5.3 固体壁面

4.5.4 保存施加的边界条件

4.6 求解

4.6.1 设置流体性质

4.6.2 进行湍流设置

4.6.3 指定迭代次数

4.6.4 求解运算

4.6.5 保存运算结果

4.7 数值模拟结果

4.7.1 调入最后迭代步的计算结果

4.7.2 以向量的方式显示速度分布结果

4.7.3 以图形显示涡流的速度分布

第五章减羽喷嘴内纱线的运动状态

5.1 纱线在减羽喷嘴内的运动状态分析

5.1.1 纱线在纱道内的受力分析

5.1.2 纱线在纱道内的运动状态

5.1.3 纱线的气圈转速

5.2 模型的选择与确定

5.3 模拟喷嘴的设计和安装

5.3.1 模拟喷嘴的设计

5.3.2 模拟喷嘴的安装

5.4 喷嘴中纱线运动状态的研究

5.4.1 方法简介

5.4.2 试验方法及仪器的选择

5.4.3 试验结果及分析

第六章结论与展望

6.1 本文的结论

6.2 展望

参考文献

发表论文

附录

致谢

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