فصل اول:
رفتار کششی ابریشم عنکبوتی:
خلاصه: ابریشم عنکبوتی در سالهای اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است، ترکیب منحصر به فرد، استحکام کششی بالا به همراه کرنش گسیختگی بالا و وزن بسیار ناچیز در این نوع ابریشم توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده است. از آنجا که پژوهش درباره ابریشم پیله عنکبوت با محدودیتهایی روبرو است، همواره ابریشم چسبنده و تارکشی مورد توجه بوده اند. در این پژوهش، به منظور توضیح رابطه ی ساختار با خواص ابریشم عنکبوت، رفتار تنش- کرنش ابریشم پیله و رفتار تنش- کرنش ابریشم تارکشی با هم سنجیده و مقایسه می شوند. همچنین در این مطالعه اثبات می شود که این دو نوع فیبر(الیاف) رفتار تنش- کرنشی کاملا متفاوت از خود نشان می دهند. علاوه بر این تاثیر سرعت آزمون هم مورد بررسی قرار می گیرد. سرعت های آزمون پایین در ابریشم پیله، موجب استحکام و سختی کمتر و مدول ثانویه ی بالاتر می شود. زمانی که منحنی تنش- کرنش(تنش با افزایش طول نسبی) بوسیله ی مدل پیشرفته(گسترده) ماکسول نمایش داده می شود. افزایش سرعت آزمون موجب بالاتر رفتن سطح ناحیه ی سخت شدن و حرکت ناحیه ی تسلیم به سمت کرنش های بالاتر شده، به طوری که ناحیه ی سخت شدن در منحنی تنش- کرنش بیشتر به حالت افقی در می آید. به هر حال می توان سرعت 20 mm/min را به عنوان نقطه اشباع در نظر گرفت، نقطه ای که در آنجا تاثیر سرعت کاهش می یابد. تاثیر سرعت آزمون بر روی ابریشم تارکشی نسبت به ابریشم پیله، به وضوح کمتر می باشد.
با این همه بررسی دقیق تر منحنی تنش- کرنش ابریشم تارکشی نشان می دهد که شکل های متفاوتی برای رفتار تنش- کرنش ابریشم تارکشی امکان پذیر می باشد.
کلمات کلیدی: ابریشم عنکوبت تارکشی، پیله، تنش- کرنش
1: مقدمه
از آنجا که ابرایشم عنکبوت، مخصوصا از نوع رشته تار کشی، الیافی است تا ترکیب بی مانند شامل استحکام کششی و کرنشی بالا و در عین حال وزن بسیار ناچیز، در سالهای اخیر توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. در جدول 1-1 نام چندین نمونه ابریشم عنکبوت تولید شده از عنکبوت آرانوس دیادماتوس، به همراه اطلاعات مربوطه که شامل غدد ترشح کننده، عملکرد و ترکیب اسید آمینه آنها می باشد، ارائه شده است.
جدول 1-1 : انواع ابریشم عنکبوت آرانوس دیا دماتوس و عملکرد آنها.
عنکوبتها انواع ابریشم ها را از الیاف ارتجاعی برگشت پذیر گرفت تا الیافهای شبه کولار kevlar می سازند، اما این موضوع که چطور عنکوبتها خواص مکانیکی ابریشم ها را تنظیم می کنند هنوز مشخص نیست. بیشتر عنکبوتی که مورد بررسی قرار گرفته اند، ابریشم هایی هستند که از طریق غدد (MA) امپولیت بزرگ- ساخته می شوند و عنکبوت از انها برای تنیدن تار عنکبوت و تارکشی (عنکبوتی) (با قدرت استحکام Gpa 1/1 و کرنش گسیختگی 27 درصد) استفاده می کند. ابریشم فوق العاده دیگری که اغلب مورد بررسی قرار می گیرد ابریشم چسبنده (با قدرت استحکام Gpa 0.5 – کرنش گسیختگی 270 درصد) می باشد که توسط غدد شلاقی ترشح شده و مارپیچ چسبناک نگهدارنده در تار عنکبوت را تشکیل می دهد. تا کنون تعداد مقالاتی که درباره ابریشم پیله عنکبوت نوشته شده نسبتا محدود می باشد. در این مقاله مقایسه ای بین رفتار کششی ابریشم تارکشی و ابریشم پیله عنکبوت آرانوس دیادماتوس صورت گرفته است، چنین مقایسه ای در تشخیص رابطه بین خواص ابریشم عنکبوت ب ساختار آن موثر خواهد یود. علاوه بر این تاثیر سرعت آزمون هم مورد بحص و بررسی قرار می گیرد.
2- تفاوت ابریشم پیله و ابریشم تارکشی.
2-1 مواد و روشها
پنج پیله عنکبوت در آرانوس دیاماتوس از یک خانه باغی جمع آوری شده و از هر پیله یک صد الیاف بتدریج جدا شده و مورد آزمایش قرار گرفت.
برای تهیه ی نمونه های تارکشی آرانوس دیادماتوس، تعدادی عنکبوت در آزمایشگاه تحت شرایط کنترل شده نگهداری شوند و سی نمونه رشته تارکشی به طور دستی گرفته شد که از هر نمونه، ده لیف تهیه و بررسی شد. برای تجزیه و تحلیل خواص کششی الیاف پیله و رشته های تارکشی، روبات Favimat به کار گرفته شده است. این دستگاه یک شناساگر نیمه خودکار می باشد که فقط استحکام را اندازه گیری می کند و طبق اصل سرعت ثابت کشش (DIN 51221, DIN 53816, ISO 5079) کار می کند و کمک می کند تا نیرو با قدرت تفکیک بالا حدود 0.1mg اندازه گیری شود. به علاوه این وسیله به یک واحد تکمیلی سنجش دانسیته خطی (در واحد dtex) مجهز می باشد. که این خود امتیاز ممی (مخصوصا در مورد الیاف طبیعی) به حساب می آید زیرا میزان ظرافت الیاف را همزمان با خواص کششی آنها اندازه گیری می کند، اندازه گیری دانسیته خطی طبق متد ارتعاش سنج صورت می گیرد
(Astm D 1577-BISFA 1985).
به خاطر ظرافت فوق العاده ی رشته های تارکشی، متاسفانه اندازه گیری همزمان میزان ظرافت آنها، امکان پذیر نبود. میزان ظرافت تعدا کثیری از نمونه ها به وسیله تحلیل تصویری زیر میکروسکوپ نوری (در واحد mm) اندازه گیری شد و سپس مقادیر بدست آمده، با در نظر گرفتن ویژه 1/3 g/cm3، طبق روشی که در مقاله سوم آمده است، به واحد dtex تبدیل شدند. خواص کششی رشته های تارکشی با طول گیج mm20، سرعت آزمون mm/min 20 و کشش اولیه CN/dtex 0.5 مورد بررسی قرار گرفت. دانستیه خطی هم در سرعت آزمون mm/ min 5 و با کشش اولیه CN/dtex 0.8 ارزیابی شد.
2-2: بحث و بررسی نتایج
بعد از اینکه در شکل شماره 1-1 مشاهده می شود، ابریشم پیله رفتار تنش- کرنش کاملا متفاوتی از خود نشان می دهد. اگرچه کرنش گسیختگی در دو نوع ابریشم (÷ابریشم پیله و تارکشی) کم و بیش یکسان است (حدود ±%30 ) اما میزان سختی ابریشم تارکشی 5/3 برابر بیشتر می باشد.
همچنین قابل به ذکر است که در منحنی تنش- کرنش ابریشم پیله، یک نوعت رفتار لگاریتمی مشاهده می شود در حالی که در ابریشم تارکشی چنین چیزی صدق می کند. مقایسه اسید آمینه این دو نوع ابریشم عنکبوت، ممکن است نشان دهد که نسبت بالای glycine که مشخصه ابریشم تارکشی می باشد می تواند تا حدی این رفتار را توجیه کند. برای شناخت بهتر اسرار و رموز عنکبوتها، پژوهشهای بیشتری در زمینه ریز ساختار ابریشم عنکبوت باید صورت بگیرد.
شکل 1-1
شکل 1-1: رفتار تنش- کرنش ابریشم پیله و تارکشی عنکبوت آرانوس دیادماتوس
3. تاثیر سرعت آزمون برای تهیه ی نخ تارکشی و پیله
3-1. ابزار روشها
صدها عنکبوت آرانوس دیادماتوس در آزمایشگاه تحت شرایط کنترل شده نگهداری می شدند. پس چهار نوع پیله متفاوت به طور تصادفی جمع آوری شده و تخمها با دقت بسیاری از هر نمونه جدا گردید. برای هر آزمایش 50 لیف از هر پیله به تدریج و به آرامی کشیده شد.
نمونه های مختلفی از رشته تارکشی به طور دستی پیچیده شد. این نمونه ها از سه نوع عنکبوت مختلف انتخاب شده که برای هر آزمایش 50 لیف از آنها جدا گردیده است. در این پژوهش ها از آنجا که ارزیابی تاثیر سرعت آزمون برای ما حائز اهمیت بود، میزان ظرافت رشته های تارکشی اندازه گیری نشد، از این جهت مقادیر نیرو در واحد CN مورد بررسی قرار گرفته است. الیاف و فیلامنتها توسط روبات Favimat و در شرایطی با طول گیج mm 20 و کشش اولیه Cnldtex 0.5 و پنج سرعت متفاوت شامل: mm/min 40,30,20,10,5 مورد آزمایش و بررسی قرار گرفتند. آزمایش و بررسی رشته های تارکشی به خاطر کمبود مواد گرفته شده از یک عنکبوت در زمان آزمایش، فقط در سرعت های m/min 40m20m5 صورت گرفت. منحنی های تنش- کرنش برای هر کدام از پیله های تارکشی با پارامترهای زیر مشخص شده اند:
1- استحکام یا بارگسیختگی: نسبت نیروی گسیختگی نخ به میزان دانسیته خطی آن، در واحد CV/dtex
2- کرنش در نقطه پارگی: افزایش طول نمونه به وسیله ی نیروی گسیختگی، که به صورت درصدی از طول اولیه و با علامت درصد % مشخص می شود.
3- کار تا حد پارگی: ناحیه گرفته شده توسط منحنی نیرو- ازدیاد طول تا حدی که نیروی گسیختگی در واحد CN/ cm بدست آید. این شاخص میزان محکمی لیف را نشان می دهد.
4- مدول اولیه: به عنوان مدولی در دامنه ی تغییرات ارتجاعی نموداری که در آن تغییرات کرنشی هنوز برگشت پذیر می باشد، در واحد CN/dtex تعریف می شود. این شاخص از روی میزان شیب خط مستقیم اولیه در منحنی تنش- کرنش محاسبه می شود.
5- مدول ثانویه: به عنوان مدولی بین مقادیر کرنشی 10 تا 35 درصد که مشخصه ناحیه ی سخت شدن نسبتا خطی می باشد و در واحد CN/dtex تعریف می شود.
به منظور بحث و بررسی بهتر نتایج حاصله، مدل ماکسول جهت تشریح آزمون کششی مورد استفاده قرار می گیرد. در این مدل، الیاف توسط یک مدل همراه با عناصری که رفتار مکانیکی وابسته به زمان خاصی از خود برود می دهند نشان داده می شوند. برای مثال بوسیله ی ترکیبی از فنرها و استوانه های متعادل کننده، استوانه متعادل کننده رفتار و سیکوزی وابسته به زمان را نمایان می سازد. در ساده ترین مدل ماکسول رفتار الاستو- ویسکوز یک لیف (یا نخ) از طریق یک فنر (با کابت ارتجاعی E) و یک استوانه متعادل کننده (با ثابت مرطوب کنندگی یا گرانروی) که به طور متوالی قرار گرته اند توصیف می شود این رفتار از تساوی (معادله) زیر پیروی می کند: (در این تساوی ε مقدار کرنش و F نیرو را نشان می دهد.)
در مورد افزایش ثابت کرنش در زمان، می توان ε=rt فرض کرد که در آن r یک عدد ثابت می باشد، در این صورت تساوی اول به شکل زیر تبدیل می شود.
اگر به عنوان وضعیت آغازین F(o)=FV و FV فشار اولیه باشد راه حل زیر بدست می آید:
این فرمول را می توان این چنین نوشت:
پس از بررسی نتایج آزمایشی (تجربی) می توان چنین نتیجه گرفت که بازسازی مدل ماکسول از روی منحنی تنش- کرنش الیاف ابریشم پیله به طور کامل رضایت بخش نیست. ثابت شده است که یک مدل ماکسول پیشرفته، با افزودن یک فنر خطی (طولی) ، بازسازی بهتری از منحنی های تنش- کرنش ابریشم پیله ارائه می دهد. بنابراین معادله ای (1-4) را می توان به این صورت نوشت:
از طریق رگراسیون غیر خطی می توان منحنی های تنش- کرنش را بوسیله ی سه پارامتر C,B,A توصیف و طبقه بندی کرد. به همراه اطلاعات بدست آمده از منحنی های تنش- کرنش ابریشم پیله، که در بخش 2 مشخص شده است بیشتر اوقات یک همبستگی بالاتر از 90% با خطای نسبی کمتر از 1% مشاهده شده است. تاثیر سرعت آزمون هم بر اساس این پارامترها مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
3-2: بحث و بررسی نتایج
3-2-1: تاثیر سرعت بر روی کرنش کسیختگی- سختی (استحکام)، کار تا سر حد پارگی، مدول اولیه و مدول ثانویه. اولین توصیفی که باید داده شود این است که همه ی پارامترها تغییرات بالایی را نشان می دهند. ارزش CV- (درصد ضریب تغییرات) کرنش گسیختگی و کار تا سر حد پارگی از 30% هم حتی فراتر می رود، این مقدار %CV برای مقادیر مدولی، در بیشتر موارد به 10 تا 15% محدود می شود و برای سختی معمولا بین 10 تا 15% بیشتر می باشد. تغییر پذیری بالا توسط محقق دیگری هم تایید می شود.
شکل 1-3: تاثیر سرعت بر پارامتر کار تا حد پارگی
شکل 1-2: تاثیر سرعت بر سختی
شکل 1-5: تاثیر سرعت بر مخدول ثانویه
شکل 1-4: تاثیر سرعت بر مدول اولیه
تجزیه و تحلیل کرنش گسیختگی نشان می دهد که سرعت آزمون بر روی آن تاثیر قابل توجهی ندارد. شکل های 2 تا 5 به ترتیب تاثیر سرعت را در میزان سختی، کار تا حد پارگی، مدول اولیه و مدول ثانویه نشان می دهند. می توان چنین یرداشت کرد که برای بیشتر پارامترها نمی توان به یک نتیجه گیری کلی که در مورد همه پیله ها قابل قبول باشد، دست یافت. در خصوص سختی، برای میاگین همه پیله ها، می توان نتیجه گرفت که میزان سختی با افزایش سرعت آزمون افزایش می یابد. علاوه بر این، همان طور که در شکل (1-6) مشاهده می شود، می توان بین دو پارامتر یک رابطه لگاریتمی قابل توجهی (R2=0/9797) بدست آورد.
شکل 1-7: رابطه بین مدول اولیه و سرعت
شکل 1-6: افزایش لگاریتمی سختی با افزایش سرعت
اگر همه ی پیله ها با هم در نظر گرفته شوند، مقدار مدول اولیه همان طور که در شکل 7 مشخص است، با افزایش سرعت آزمون تا سرعت 20 mm/min افزایش می یابد، اما بعد از این سرعت، با بالاتر رفتن سرعت آزمون، شاهد کاهش در میزان مدول اولیه می باشیم. این موضوع باعث تعجب است چرا که در مقالات و گزارشات افزایش مدول ارتجاعی نسبت به سرعت گزارش شده است. از آنجا که مدول اولیه با زیر ساختار یک لیف دارای هم بستگی می باشد، به قطر می رسد که هنگام تغییر شکل کششی چندین ساختاری نیز صورت می گیرد. ممکن است طی آزمون طولانی تر یا در یک سرعت آزمون پایین تر، احتمال وقوع چنین تغییراتی کمتر شود.
در پایان، در شکل 1-5 مشاهده می شود که مدول ثانویه و سپس مدول ناحیه ای سخت شدن با افزایش سرعت آزمون کاهش می یابد. این موضوع هنگام محاسبه ی میانگین ثانویه در سرعت های مختلف، توسط کاهش قابل توجه مدول ثانویه (R2=0/9637) نسبت به افزایش سرعت آزمون اثبات می شود. در دهنه های تارکشی، سرعت هیچ گونه تاثیر مهمی از نظر آماری بر کرنش گسیختگی، نیروی گسیختگی، کار تا سر حد پارگی یا مدول ثانویه (%10- 25) ندارد. فقط در مورد اولیه، مقدار مدول در سرعت 5mm/min نسبت به سرعت های mm/min 40 , 20 ، به طور قابل توجهی بالاتر می باشد. خلاصه اینکه، می توان نتیجه گرفت که تاثیر سرعت بر روی ابریشم تارکشی نسبت به ابریشم پیله کمتر است. با مطالعه ی دقیق تر منحنی های تنش- کرنش اشکال مختلفی از منحنی ها مشاهده می شود. (شکل 1-8) منحنی نوع اول در بیتر موارد منحنی می باشد که به طور مکرر اتفاق می افتد، گاهی اوقات دو گروه با شیب های اولیه ی مختلف مشاهده می شود. منحنی نوع دوم مشخصه ابریشم پیله عنکبوت می باشد. منحنی نوع سوم تقریبا یک منحنی خطی است، اما بندرت مشاهده می گردد. هنوز دلایل پیدایش انواع منحنی ها مشخص نیست. و باید بیشتر مورد بررسی قرار گیرد.
شکل 1- 8: سه نوع منحنی تنش- کرنش ابریشم تارکشی
3- 2- 2: پارامترهای C,B,A در مدل پیشرفته ماکسول
در شکل های 9 و 10 و 11 تاثیر سرعت بر روی پارامترهای C,B,A در مدل پیشرفته ماکسول برای پیله ها همان طور که در معادله 1-5 مشاهده می شود، نشان می دهد.
شکل 1-9: تاثیر سرعت آزمون بر روی پارامتر A در مدل پیشرفته ماکسول
همان طور که در شکل شماره9 مشاهده می شود، مقدار پارامتر A با افزایش سرعت آزمون به طور لگاریتمی افزایش می یابد. تغییر پارامتر A موجب تشکیل یک منحنی با سطح ماکزیممی بالاتر از ناحیه ی سخت کننده (که یک بخش نسبتا افقی است.) می گردد. که این خود با نتایج بدست آمده در مورد سختی مطابقت می کند. علاوه بر این، پارامتر A باعث تغییر مدول اولیه می شود. در این خصوص باید به این نکته توجه کرد که تاثیر افزایشی (صعودی) پارامتر A با سرعت های بالاتر از mm/min 20 به حداقل می رسد. با این وجود به نظر نمی رسد، به اندازه ای که در مدول اولیه مشاهده می شود، کاهش یابد.
شکل 1-10: تاثیر سرعت آزمون روی پارامتر B در مدل پیشرفته ماکسول
پارامتر B با افزایش سرعت به طور قابل توجهی کاهش می یابد. مقدار پارامتر B شکل ناحیه ی تسلیم را نشان می دهد.
هنگامی که مقدار ناحیه ی B کاهش می یابد، ناحیه ی تسلیم به سمت کرنش های بالاتر حرکت می کند و در نتیجه مدول اولیه هم کاهش می یابد.
شکل 1-11: تاثیر سرعت آزمون بر پارامتر c در مدل ماکسول
پارامتر c هم با افزایش سرعت آزمون به طور لگاریتمی کاهش می یابد. اینجا نیز باید اضافه کرد که تاثیر سرعت روی پارامتر در سرعت های بالاتر از mm/min 20 کمتر می شود. افزایش مقدار c در تساوی (1-5) موجب شیب تندتر و در نتیجه مدول ثانویه بالاتر می گردد. تاثیر سرعت روی پارامتر c کم و بیش با نتایج بدست آمده برای مدول ثانویه مطابقت دارد.
نتیجه گیری: اول از همه می توان نتیجه گرفت که ابریشم پیله رفتار تنش- کرنشی کاملا متفاوت نسبت به ابریشم تاکرشی از خود نشان می دهد. هرچند کرنش گسیختگی، کم و بیش یکسان می باشند با مشاهده تاثیر سرعت آزمون مشخص شده است که در سرعت های آزمون پایین، میزان سختی، کار تا حد پارگی، استحکام وسختی کمتر می شود. در حالی که میزان مدول ثانویه در سرعت های آزمون پایین نسبت به میزان آن در سرعت های آزمون بالا بیشتر می شود. یک نوع نقطه گسیختگی در سرعت آزمون mm/min 20 روی می دهد. این امر را می توان این گونه توجیحه کرد که در خلال آزمایش، به علت تغییراتی در ساختار تعداد مشخصی تغییر شکل پلاستیک یا غیر قابل بازگشت در سرعت های پایین اتفاق می افتد در حالی که سرعت های آزمون بالا چنین اتفاقی روی نمی دهد. وقتی منحنی تنش- کرنش ابریشم پیله توسط مدل ماکسول بررسی می شود، سرعت های آزمون بیشتر موجب سطح بالا تر ناحیه سخت کنندگی، حرکت ناحیه تسلیم به سمت مقادیر کرنشی بالاتر، و رفتار افقی تر ناحیه سخت کنندگی می شود.
فصل دوم: کاهش پرز نخ در طی مرحله نخ پیچی بوسیله ی جت ها (جریانهای یع): بهینه سازی پارامترهای جت، دانستیه خطی نخ و سرعت نخ پیچی
خلاصه: نظر به اینکه سرعت تولید در مرحله نخ پیچی بسیار بالا می باشد و این فرآیند خود باعث افزایش پرز نخ می شود. کاهش پرز نخ طی مرحله نخ پیچی از طریق جت های رویکردی جدید می باشد. برای اصلاح و بهینه سازی جت، دانسیته خطی نخ و سرعت نخ پیچی، روش طرح کارخانه ای Behnken , Box به کار گرفته می شود تا از میزان پرز نخ کاسته شده و پرز نخ به حداقل برسد. برای اینکه نتیجه ی مطلوب بصورت کاهش پرز حاصل شود، زاویه جت ˚45، و قطر جت mm 2/2 به همراه 10 تکس نخ و سرعت نخ پچی m/min 800 مناسب می باشد.
یک مدل CFD به منظور نمایش الگوی جریان هوای داخل جت بوسیله ی نرم افزار Fluent 6.1 توسعه یافته است. سرعت اولیه هوا در اطراف مرکز جت حاصل تاثیر گذاری در پیچش و پوشاندن پرز روی نخ می باشد.
کلمات کلیدی: طرح کارخانه ای، نخ پیچی جت، مقادیر S3، نمایش (بازاسازی)، چرخش
مقدمه:
افزایش پرز نخ هنگام نخ پیچی یک پدیده آشنا و شناخته شده می باشد. از آنجایی که ماشینهای نخ پیچی تجاری با سرعت بالا کار می کنند، هر گونه روشی برای ماهش پرز نخ در مرحله ی نخ پیچی نه تنها هزینه تولید را در جریان پایین کاهش می دهد بلکه پارچه هایی با کیفیت عالی هم تولید می کند. گزارشات بسیار محدودی در مورد کاهش پرز نخ بوسیله جت های هوا در مرحله ی نخ پیچی منتشر شده است، در این مقالات، نخ تابیده ابتدا ما سوره تبدیل شده و سپس تحت عملیات جریان جت قرار می گیرد. در نوشته هایی که در این زمینه منتشر شده است هیچ گونه مطلبی در مورد نمایش جریان هوای داخل جت که در توصیف مکانیزم کاهش پرز نقشی اساسی دارد، به چشم نمی خورد. یک سیستم جت جدید که طبق اصلی تابیدن مجازی کار می کند تولید شده است تا میزان پرز نخ ها را طی عملیات اولیه نخ پیچی کاهش دهد. در تحقیق حاضر، جت های هوا طوری قرار داده شده اند که مسیر محوری جریان هوا در امتداد مسیر حرکت نخ باشد. یک مدل FCD تولید شده است که به کمک نرم افزار 6.1 Fuentمی تواند الگوی جریان هوای داخل جت ها را نمایش دهد و مسأله ی میدان سه بعدی جریان را هم حل نماید. در این پژوهش تلاشی صورت گرفته است تا با استفاده از طرح کارخانه ای Behnken و Box پارامترهای مختلف جت از قبیل، زاویه جت، قطر جت، دانستیه خطی نخ و سرعت نخ پیچی را به حد مطلوب برساند.
کار آزمایشگاهی:
برای ایجاد حرکت چرخشی هوای درون جت، چهار سوراخ هوا با قطر mm 0.4 در جت به طور مماس با دیواره های داخلی آن تعبیه می شود. فشار هوای جریان های جت روی 0.9 بار باقی می ماند. جریان هوای داخل جت ها در امتداد حرکت نخ می باشد و در فاصله ی cm10 بالای پایه ی نگهدارنده بالن براکت نخ پیچی قرار می گیرد. خود جت در محفظه ی جت جای می گیرد. تامین هوای فشرده جت از طریق لوله ای که مجهز به یک شیر تنظیم (کنترل کننده فشار) و یک فیلتر هوا می باشد، صورت می گیرد. یک بدنه (چارچوب) هم ساخته شده است تا جت بر روی آن نصب شود. در شکل 2-1 شماری جلویی جت نشان داده می شود.
شکل 2- 1: نمای جلویی جت به همراه محفظه
در این مطالعه، از نخ های پنبه ای حلاجی شده با تاب z، استفاده شده است. برای بررسی دو نوع آزمایش انجام گرفته است. آزمایش های نوع اول، با زوایه های جت 40 و 45 و 50 درجه و قطر ثابت کانال نخ mm 2.2 انجام شد. آزمایش دوم با قطرهای کانال نخ mm 2.6, 2.2 , 1.8 و زاویه جت ثابت 40 درجه انجام گرفت. در هر دو آزمایش، نخ های تابیده شده از نوع رینگ با دانسته های خطی 10 و 20 و 30 تکس و سرعت های نخ پیچی m/min 1200 , 1000 , 800 مورد استفاده قرار گرفت. سر سطح نشانه گذاری شده ی متغیرها در جدول 2-1 نشان داده شده است.
جدول 2-1: سطح نشانه دار مطابق با سطح واقعی متغیرها
میزان پرز نخ ها توسط شناساگر پرز Zweugle G 566 آزمایش و بررسی شد. در هر نمونه روی 800 متر نخ آزمایشاتی از نظر میزان پرز نخ در سرعت m/min 50 صورت گرفت که نمونه ها در شرایط آزمایشی استاندارد به مدت 24 ساعت قبل از آزمایش، نگهداری می شوند.
روش بازسای (نمایش):
در این بررسی، جریان هوا درون جت ها بازسازی شده است، همچنین از مجموعه ی تحلیلی جریان شماره یعنی 6.1 fluent ، که با به کارگیری شیوه ی حجم محدود به بازسازی جریان می پردازد، استفاده شده است در جت ها جریان دارای تلاطم می باشد. از این رو مدل استاندارد k-ε، تلاطم به همراه عملکردهای استاندارد دیواره به کار گرفته شده اند. چنین فرض شده است که جریان درون محفظه بر روی نخ تاثیر می گذارد، اما وجود نخ روی الگوی جریان هیچ گونه تأثیری ندارد، پس بنابراین نخ به عنوان نمونه در نظر گرفته نشده است. مقایسه سرعت ها و فشار بالای هوا به همراه حجم بسیار کم نخ با آنچه در محفظه جت می باشد، این فرضیه را ثابت می کند. در آرایش کنونی، جداره های ورودی هوا به عنوان «ورودی فشار» در حالیکه جداره های خروجی به عنوان «خروجی فشار» در نظر گرفته می شوند. از آنجا که سرعت زیاد جریان هوا خود یک منبع گرمایشی می باشد که دمای جت ها را از افزایش خواهد داد، بنابراین جریانهای جت خیلی کوتاه هستند و فرآیند در یک زمان بسیار کوتاه انجام می گیرد. به طور خلاصه، این فرآیند به صورت ادیاباتیک (یک فرآیندی درو) در نظر گرفته می شود که در آن هیچ گونه انتقال گرمایی از طریق جداره ها صورت نمی گیرد. نمونه جریان به کار رفته، جریان هوای تراکم پذیر ویسکوز می باشد.
بحث و بررسی نتایج:
طرح Behnken و Box برای سه متغیر در سه سطح همراه با مقادیر S3 (یعنی تعداد پرزهایی با طول 3 میلی متر بالاتر که از نخ بیرون می زنند) در جدول 2-2 مشاهده می شود. در جدول 2-3 هم، معادله ی سطح پاسخ برای مقادیر S3 به همراه مربع ضریب همبستگی بین مقادیر محاسبه شده و تجربی که از معادلات سطح پاسخ بدست امده است، آورده شده است. در بخش های بعدی، چندین خط همتراز گزینشی از رویکرد طرح کارخانه ای ارائه می شود.
- تأثیر زاویه جت، دانسیته خطی نخ و سرعت نخ پیچی روی مقادیر S3
شکل 2-2 تاثیر دانسیته ی خطی نخ و سرعت نخ پیچی روی مقادیر S3 در یک جت با زوایه ی ˚45 درجه را نشان می دهد. با افزایش دانسیته خطی نخ، مقادیر S3 نیز افزایش می یابد. این موضوع را این گونه می توان توجیه کرد که با افزایش دانسیته خطی نخ، تعداد الیاف در مقطع عرضی نخ افزایش می یابد، بنابراین تعداد زیادتری سر لیف موجود می باشد، که به ترتیب موجب افزایش تعداد الیاف کناری بیشتر می گردد. این الیاف می توانند مثل پرز به آسانی بیرون بزنند، چرا که طی مرحله ی ریسندگی از نوع رینگ، نقطه همگرایی نخ آنها را جذب نمی کند. مقادیر S3 با افزایش سرعت نخ پیچی هم افزایش می یابد، این امر به این دلیل رخ می دهد که در سرعت بالای نخ پیچی، اصطکاک زیاد نخ ها با قطعات ماشین قرقره ای شیاردار، خود موجب افزایش پرز می شود. بعلاوه، در مرحله نخ پیچی با سرعت بالا در مقایسه با نخ پیچی با سرعت کم، نیروها مقاومت هوای بیشتری بر نخ اعمال می شوند. تأثیر توأمان دانسیته خطی نخ و سرعت نخ پیچی روی مقادیر S3 نشان می دهد که پایین ترین تکس نخ و کمترین سرعت نخ پیچی موجب می شود تا سطح مطلوب به صورت کاهش پرز خ حاصل شود.
جدول 2-2: طرح Behnken و Box برای سه متغیر و مقادیر S3
جدول 3-2: معادلات سطح پاسخ برای پارامترهای متفاوت.
شکل 2-2: تأثیر دانسیته خطی و سرعت نخ پیچی بر مقادیر S3 برای جتی با زاویه 45 درجه
در شکل شماره 2-3 تأثیر زوایه ی جت و دانسیته ی خطی نخ روی مقادیر S3 در سرعت نخ پیچی برابر با m/min 1000 نشان داده شده است. از بین خطوط همتراز بالا، بهترین نتیجه بین سطح 0.5 تا 0.0 در زوایه (تقریبا 44 درجه) مشاهده می شود که بعد از آن سطح 0/1- (در زوایه جت 40 درجه) قرار دارد و بدترین نتیجه به سطح 0/1+ (زاویه جت 50 درجه) مربوط می شود. برای توضیح این نتایج از مدل CFD کمک گرفته شده است. سرعت های محوری هوای جت در زوایه ی 45 درجه با نمونه ی بعدی جت در زوایه ی 40 درجه مقایسه شده اند.
شکل 2-3: تاثیر زوایه جت و تکس نخ بر مقادیر S3 در سرعت نخ پیچی m/min1000
شکل 2-4: خطوط همتراز سرعت های محوری هوای (m/s) جت ها در (a) – زاویه 45 درجه- (b) mm 2/2- 40 درجه mm 2/2
با در نظر گرفتن دستگاه مختصات جت، قسمت های a و b شکل 4 نشان می دهد که جت در امتداد محور طولی به ده قسمت مساوی تقسیم شده است. نخ در مرکز این بخش های جدا شده قرار می گیرد. در خصوص جت با زوایه 45 درجه سرعت های محوری هوایی که در سرتاسر جت، یعنی از بخش های بالایی جت گرفته تا بخش های پایینی، بر نخ اعمال شده، از این قرار هستند، m/s 137,182,152,137,122,76,46,30,15 میانگین سرعت محوری هوا در جت با زوایه 45 درجه 91 متر بر ثانیه (m/s) می باشد. بر همین نحو، سرعت های محوری هوا که در شکل 4-2-b نشان داده شده اند، در صورتی که زاویه جت 40 درجه باشد، عبارتند از: 16 و 16 و 32 و 63 و 111 و 111 و 142 و 147 و 142 متر بر ثانیه. میانگین سرعت محوری هوا در جتی با زاویه 40 درجه، 84 متر بر ثانیه است. محوری بالاتر در جت با زاویه 45 درجه، در مقایسه با جت زوایه ای 40 درجه، میزان شدن حرکت چرخشی را افزایش می دهد و مقدار بیشتری الیاف به دور نخ پیچیده می شود. و در نهایت موجب کاهش بیشتر پرز نخ در مورد اول می گردد.
تاثیر قطر جت، دانسیته خطی نخ و سرعت نخ پیچی بر مقادیر S3:
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 51 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله نساجی
