本文摘要：摘要：研究不同结头形式的拓扑数与其稳定性的关系。利用ANSYS对编织结、盘头结、反手结、反手结的受力情况进行模拟仿真，通过科学的量化表征为纺织生产工序提供结头形式的指导。采用C14.8tex集聚纱进行打结试验，通过岛津AGS型材料试验机测定种结头的断裂强
摘要：研究不同结头形式的拓扑数与其稳定性的关系。利用ANSYS对编织结、盘头结、反手结、反手结的受力情况进行模拟仿真，通过科学的量化表征为纺织生产工序提供结头形式的指导。采用C14.8tex集聚纱进行打结试验，通过岛津AGS型材料试验机测定种结头的断裂强力和断裂伸长等，并确保结头都在最大应力点标记处断开，以保证试验数据的准确性;计算结头的强力有效率和伸长有效率作为结头稳定性评价指标。经对比分析，盘头结的断裂强力较高。认为：在纺织生产中可以多采用盘头结的结头形式以尽可能保证结头的牢固程度，减小后续工序纱线断裂的可能性。
关键词：纱线结头;拓扑结构;打结稳定性;断裂强力;仿真分析
“打结”是人类最古老的技术之一，是纺织生产中最常见的操作，结头的形式影响其相对稳定性。尽管人们已经对打结技术研究了多个世纪，形成不同形式的结头，在众多领域广泛应用。但是，对于纱线结头形成的拓扑结构和力学之间的相互作用仍然知之甚少。为此，本项目以纱线结头为研究对象，从理论上研究结头拓扑结构与其相对稳定性的关系，通过试验方法验证结头形式与其牢度的关系，为纺织生产提出更加科学的打结方式。纺织生产中，在高速络筒机上自动结头技术得到了广泛的应用。
随着电子清纱器的广泛应用，纱线上的疵点即可被切除，使得产品质量得到了大幅度提高[2]。但同时这样的技术也带来了新的问题，结头的质量对后道工序的生产效率和产品质量都有很大影响，纱线上增加了大量结头，例如传统的自紧结和织布结因结头结构及结头尾部长度等因素的影响，对后道工序的生产及质量也带来了较多的问题。目前，国内已有基于刚柔接触动力学的打结器虚拟打结方法，利用ADAMS的Bushing连接建立动力学模型用于评价优劣、保证打结器一次性制造成功。
国外已经有学者通过变色光子纤维研究结的力学性质。在现代纺织技术的发展过程当中，不同工艺流程下的不同结头及其拓扑结构影响着纺织品的质量，我们可以利用拓扑结构理论系统来研究纺织生产中结头形式的稳定性差异，指导纺纱、整经、浆纱和织造等工序合理选择结头形式。因此，本研究对纺织过程中常用的种结头形式进行了针对性试验，对其断裂伸长、断裂强力、强力有效率、伸长有效率进行了分析，并利用ANSYS中的workbench模块对不同结头的受力情况进行模拟仿真，以验证最终结论的正确性。
1结头的三维建模
在进行实际的试验操作前，首先建立编织结、盘头结、反手结、反手结的三维模型，并利用ANSYS中的workbench模块对其进行仿真受力分析，可以在一定程度上判断出各个结头的结构及受力差异。由于结头的分析属于高度非线性模型，操作难度较大，因此，将结头在一定程度上进行了简化，将多股纱线简化为单股圆柱形纱线，方便虚拟仿真试验的进行。
2虚拟仿真测试
在workbench模块中对试验所用材料——棉进行参数填写，若将模型具体至股线加捻缠结的受力分析[8]，该分析过程将会异常复杂，各股线间的关系也严重影响试验结果的准确性，因此将多股线加捻模型简化为单根纱线的受力分析模型。在model模块中，在打结纱线的CD端施加Fixedsupport将其固定，AB端施加随时间增长而恒速率增加的拉伸力，直至模型达到应力极限并断裂。
3纱线结头的力学试验
对前期收集到的不同结头形式的稳定性进行量化统计10，采用C14.8tex集聚纱进行打结试验，通过岛津AGS型材料试验机进行打结纱线的拉力试验。为保证试验数据的准确性，需要充分观察结头的断裂位置，确保每种结头的20组数据都在结头最大应力点标记处断开，以便后续对张力进行对比分析.
纺织技术论文投稿刊物：《纺织科技进展》是目前我国西南地区唯一一本综合性纺织科技期刊，创刊于1979年，每期近30万字，主要读者对象为纺织及相关领域的企业管理人员、工程技术人员、科学研究人员及大专院校师生。
4结论
通过ANSYS进行纱线结头断裂的仿真试验，得出初步结论后，利用岛津AGS型材料试验机测定纯棉纱正常拉断时的断裂强力并与种不同结头形式的断裂强力、断裂伸长进行对比，验证仿真试验的结果，最终可以得出以下结论。
(1)根据试验结论及ANSYS的仿真结果，盘头结的力学性能最佳，盘头结的断裂强力达原纱线的96.69%，断裂伸长超过原纱线，根据ANSYS的力学受力图不难得出，产生这种情况的原因是因为盘头结的拓扑结构比其他结头形式更加稳定，其拓扑数、股线交叉次数、股线扭曲的方向以及收紧扭结时相邻股线的滑动方向都优于其他种结头。
(2)盘头结作为纺织日常生产流程中常用到的结头之一，有着优异的断裂强力与断裂伸长，为断头后重结纱线的后续工艺流程提供了较高的保障，减少了结头后续再断的风险，推荐各企业在纺纱、整经、浆纱和织造等工序使用该种结头。
(3)不同的拓扑结构对结头的稳定性起着至关重要的影响，盘头结的性能优异主要是由于其缠结数多于其他种结头形式，所受拉力在主轴方向得到分散，从而减轻了结头处的受力。
参考文献：
[1]KLECKNERD,IRVINEWCreationandynamicsofnottedortices[J].NaturePhysics,2013,9(4):253258.
[2]刘德明国外纱线接头技术发展动向[J].上海纺织科技,1983,11(11):43-46
作者：赵文锐贺秋森张婧怡马雪刘建立
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