纺织学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (11): 46-51.doi: 10.13475/j.fzxb.20211005006

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基于分数阶模型的纱线蠕变性能模拟与预测

李杨1, 彭来湖1,2(), 郑秋扬1, 胡旭东1   

  1. 1.浙江理工大学 浙江省现代纺织装备技术重点实验室, 浙江 杭州 310018
    2.浙江理工大学龙港研究院, 浙江 温州 325802
  • 收稿日期:2021-10-22 修回日期:2022-03-15 出版日期:2022-11-15 发布日期:2022-12-26
  • 通讯作者: 彭来湖
  • 作者简介:李杨(1994—),男,博士生。主要研究方向为纱线张力控制技术。
  • 基金资助:
    浙江省博士后科研项目特别资助项目(ZJ2020004)

Simulation and prediction of yarn creep performance based on fractional model

LI Yang1, PENG Laihu1,2(), ZHENG Qiuyang1, HU Xudong1   

  1. 1. Key Laboratory of Modern Textile Machinery & Technology of Zhejiang Province, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou, Zhejiang 310018, China
    2. Longgang Institute of Zhejiang Sci-Tech University, Wenzhou, Zhejiang 325802, China
  • Received:2021-10-22 Revised:2022-03-15 Published:2022-11-15 Online:2022-12-26
  • Contact: PENG Laihu

摘要:

针对现有纱线拉伸力学模型描述不准确问题,以分数阶微积分模型对纱线拉伸行为进行分析。首先,引入分数阶微积分理论改进的黏壶模型建立了分数阶纱线蠕变模型,使用XL-2型纱线强伸度仪对不同线密度及不同张力纱线进行蠕变实验,获得纱线蠕变的全过程曲线。通过对不同线密度下的试验曲线进行回归分析得到了模型参数以及蠕变模型参数与施加张力大小的变化关系。最后,利用不同模型对不同张力的纱线蠕变曲线进行拟合和预测。结果表明:分数阶纱线蠕变模型,相比于三元件模型、整数阶模型和Burgers模型,具有结构简单、参数少的特点,并且对纱线蠕变的拟合和预测也具备较高的精度。

关键词: 纱线蠕变模型, 线密度, 分数阶微积分, 纱线蠕变性能预测

Abstract:

Aiming of the inaccuracy in existing yarn stretch mechanics models, the yarn extension behavior is analyzed by the fractional calculus model. The fractional order calculus theory with improved glue-pot model is introduced for the establishment of the fractional order yarn creep model. XL-2 tensile tester was used to measure the yarn elongation for creep with yarns under the same tension and of different linear density and with yarns under different tensions but of the same linear density, obtaining the creep curve for the whole process. The yarn creep test curves for yarns with different linear densities were selected for regression, and the model parameters were obtained. The relationship between creep model parameters and applied tension was also obtained. Finally, different models were used to fit and predict the yarn creep curve under different tension. The results show that the fractional order yarn creep model proposed in this paper is not only simple in structure and involving less parameters than the three-component model, integer order model and Burgers model, but also has high precision in the fit and prediction of yarn creep.

Key words: yarn creep model, line density, fractional calculus, prediction of yarn creep performance

中图分类号: 

  • TS184.1

图1

分数阶 M‖N 纱线蠕变模型"

图2

不同线密度纱线蠕变实验结果"

图3

不同拉力纱线蠕变实验"

图4

分数阶M‖N纱线蠕变模型对实验1的拟合曲线"

表1

分数阶M‖N纱线蠕变模型对实验1的拟合结果"

线密度/tex τ0 E1 η1 β1 η2 β2 R2
14.5 34.156 98.13 3226.4 0.157 52.11 0.10 0.986
19.4 47.325 80.91 17435.1 0.149 26.89 0.10 0.985
27.0 50.729 60.45 50713.1 0.468 18.65 0.10 0.987
32.0 53.246 48.85 15393.1 0.536 13.28 0.10 0.986

图5

实验1的模型参数与施加载荷的关系"

表2

实验2的参数拟合结果"

载荷/cN τ 0 E 1 η 1 β 1 η 2 β 2 R 2
100 48.156 86.53 2376.7 0.323 23.27 0.10 0.996
120 59.458 54.60 11813.4 0.459 13.82 0.10 1.000
140 67.629 32.37 43215.2 0.582 7.05 0.10 0.998
160 70.751 21.25 91175.6 0.674 5.28 0.10 0.994

图6

分数阶M‖N纱线蠕变模型对实验2的拟合效果"

图7

不同模型对实验2拟合效果曲线"

表3

实验2的模型拟合精度评价"

蠕变模型 均方差MSE 相关系数 R 2
100 cN 140 cN 100 cN 140 cN
本文模型 0.412 0.528 0.984 0.978
三元件模型 3.736 2.624 0.628 0.733
M‖N模型 1.358 0.632 0.917 0.958
Bergers模型 2.133 0.954 0.928 0.964

图8

不同模型对实验2纱线蠕变的预测"

表4

模型拟合精度评价"

蠕变模型 均方差MSE 相关系数 R 2
120 cN 160 cN 120 cN 160 cN
本文模型 0.456 0.489 0.989 0.972
三元件模型 1.168 1.160 0.965 0.958
M‖N模型 0.537 0.612 0.979 0.981
Bergers模型 2.350 2.164 0.750 0.664
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