МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ НИТЕВОЙ СТРУКТУРЫ ДЕКОРАТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА

 

АННОТАЦИЯ

При изготовлении современной женской одежды широко используются элементы исторических народных костюмов в виде декоративных элементов из бусинок, а при формировании используется нити. Целью данной работы является разработка методики деформирования нитевой структуры, используемая для плетения декоративного элемента. Схемы структуры нитевой основы выбраны аналогично схем плетений украшений сурхандарьинского региона с дальнейшим использованием их в качестве декоративных элементов для современной женской одежды. В работе рассматривается степень деформирования ячеистой структуры будущего декоративного элемента и приведены расчет максимальных усилий выдерживающих нагрузок, тем самым обеспечивается прочность и надежность декоративного элемента в процессе эксплуатации изделия.

ABSTRACT

In the manufacture of modern women's clothing, elements of historical folk costumes in the form of decorative elements made of beads are widely used, and threads are used in the formation. The purpose of this work is to develop a method for deformation of the thread structure used for weaving a decorative element. The schemes of the structure of the thread base were chosen similarly to the schemes of weaving jewelry in the Surkhandarya region with their further use as decorative elements for modern women's clothing. The paper considers the degree of deformation of the cellular structure of the future decorative element and calculates the maximum forces withstanding loads, thereby ensuring the strength and reliability of the decorative element during the operation of the product.

 

Ключевые слова: женская одежда, напряженное состояние, декоративные элементы, деформирование ячеистой структуры, нити основы и утка, плетение, украшение, бусинки.

Keywords: women's clothing, stress state, decorative elements, deformation of the cellular structure, warp and weft threads, weaving, decoration, beads.

 

Использование народных украшений для декоративной отделки современных швейных изделий является актуальной задачей не только в плане расширения ассортимента женской одежды, но и придание “второй жизни” народным промыслам отличающихся этнокультурными особенностями регионов республики [1-7]. При этом необходимо обеспечить прочной и надежной нитевой основой применяемых декоративных элементов, изготовляемых из бусинок.

В настоящей работе для определения деформации нитевой структуры декоративного элемента применена предложенная в работах [8-15] методика определения напряженно-деформированного состояния сетчатой структуры ткани при формообразовании.

Предположим, что внешние силы (т.е. вес декоративного элемента) действуют под углом к направлениям структуры декоративного элемента. Основное внимание уделяется определению напряженного состояния, перемещения и деформации заданной или произвольной ячейки структуры, образованной пересечением двух расположенных перпендикулярных систем нитей. Приведены аналитические решения и алгоритм проведения численно-экспериментальных исследований напряженного состояния образца структуры. Дан анализ и сравнительная характеристика результатов проведенных численно-экспериментальных исследований.

Пусть деформирующая сила  прилагается вдоль направления диагоналей четырехугольников, образованных пересечением структуры декоративного элемента (рис. 1).

При этом, если сила  по-прежнему равномерно распределена по оси , то под действием составляющих  каждая из ячеек (четырехугольников)  переходят в (параллелограммы или ромбики)  (рис.2). В этом случае силы , в отличие от предыдущих случаев, одновременно действуют на две стороны структуры, одну сторону назовем «основой», другую «уток». 

Предположим, что на рис. 2 стороны  и  параллелограмма будут нитями основы, а стороны  и  – уточными нитями. Такое напряженное состояние возникает, если, например, силу  повернуть в направлении против часовой стрелки на некоторый угол , в частности на 45°

 

Рисунок 1. Схема приложения внешней силы по диагонали четырехугольников

 

В результате растяжения нити основы  и уточной нити  узловая точка  переходит в точку . Аналогично, в результате растяжения уточной нити  и нити основы  узловая точка  переходит в точку . В результате изменения длины и поворота на некоторые углы нитей основы и уточных нитей, точки  и  переходят в новые положения  и  соответственно. В частности, если силы  направлены вдоль большой диагонали элементарных четырехугольников, как это показано на рис. 1, то точки  и  переходят на одинаковые расстояния , а точки  и  – на одинаковые расстояния

В общем случае, согласно методу сечения, силы  по уточным нитям и нитям основы распределяются следующим образом (рис. 2):

• вдоль нитей основы ;
• вдоль уточных нитей  ,

где , ,  и  – равнодействующие сил, действующих на нити основы и уточные нити соответственно (внутренние силы натяжения, возникающие в поперечных сечениях соответствующих нитей), т.е. силы  и   являются равнодействующими сил , , , .

 

Рисунок 2. Схема деформации уточных нитей и нитей основы заданной ячейки

 

В результате деформирования сторон ромбика углы , ,  и , образованные между нитями основы и уточными нитями и горизонтальной осью , также деформируются и принимают новые значения , , , . Знаки + или – выбираются в зависимости от направления деформирования соответствующих углов – если, в результате деформирования углы возрастают, то следует принимать положительные, и если углы убывают, то – отрицательные значения. Например, на рис. 2 и 3 эти углы принимают следующие значения , , , .

Из рис. 2 и 3 найдем

,                                 (1)

.                                 (2)

В общем случае, как было отмечено выше, натяжения , , ,  имеют различные значения, так как в реальной ткани в узловых точках (в точках перекрытия) имеют место силы трения и давления между нитями основы и уточными нитями. Поэтому  для определения четырех неизвестных натяжений , , ,  потребуются еще два уравнения. В качестве двух недостающих уравнений можно принять условия равновесия, вытекающие из рис. 4. На этом рисунке предполагается, что внешние силы ,  имеют меньшие значения, чем силы , . Поэтому, рассматриваемая ячейка в процессе деформации в направлении оси  растягивается, а в направлении оси  – несколько сужается. Уравнения равновесия, написанные в проекциях на ось , принимают вид

 

Рисунок 3. Схема применения метода сечения к заданной ячейке образца

 

,                       (3)

 .                      (4)

Уравнения (1)–(4) приводим к виду

,                                      (5)

,                                      (6)

,                                      (7)

.                                      (8)

 

Рисунок 4. Общий случай деформации уточных нитей и нитей основы заданной ячейки

 

Отсюда

,                         (9)

,                         (10)

,                         (11)

                          (12)

или

,   ,   ,    ,                    (13)

где

,                   (14)

,           (15)

,           (16)

,           (17)

,                          (18)

,                          (19)

,                          (20)

.                          (21)

Выражение (13), при известных из эксперимента значениях углов  и , служат для определения неизвестных натяжений , , , .

Допустим, что первоначально углы , , ,  имеют одинаковые значения , и в результате симметричного деформирования ячейки   изменятся на одинаковые по величине углы , т.е. принимают значения . В этом случае, в рассматриваемом образце ткани нити основы и уточные нити равноправны и поэтому выражения (1)–(4) принимают следующий вид

,      ,

,       .

Отсюда

 ,                      (22)

.                       (23)

Если натяжения нитей основы и уточных нитей одинаковы, т.е.      ,  то

,      ,                   (24)

.                                      (25)

Отсюда найдем следующее простое решение

,                              (26)

 .                             (27)

Сравнивая это решение с решением предыдущей задачи, видим, что:

• в случае растяжения образца ткани вдоль нити основы или уточных нитей, натяжения нитей равняются внешней силе ;
• в случае растяжения образца ткани под углом к нитям основы и уточным нитям в наиболее общем случае натяжения определяются по формулам (13), а в частном случае по (26) и (27).

Обозначим натяжения, возникающие в поперечных сечениях основных нитей и уточных нитей предыдущей задачи, – в задаче растяжения образца вдоль нитей основы или уточных нитей, через  и .

Найдем условия, при которых натяжения  и  будут больше натяжения , ,  и , т.е.

    и    .

Подстановка в последние соотношения выражения  и выражения (26), (27) дает

.

Отсюда

    т.е.    ,

или

.                                                 (28)

При выполнении условия (28) натяжения  будут меньше, чем натяжения, определяемые по формулам (26) и (27). Условие (28) является необходимым условием возникновения частного случая   при .

На рис. 5–10 представлены результаты проведенных численно экспериментальных исследований зависимости распределения натяжения между основными и уточными нитями заданной ячейки от значения и направления действия внешних сил , . , . Все расчеты проводились по выражениям (13)–(21).

На рис. 5-7 исследуются зависимости натяжения нитей основы ,  и  уточных нитей  ,   от углов  и . Предполагается, что  углы  и  меняются в пределах , а углы  и  также равны между собой и в каждой таблице принимают заданные значения:

•   рис.5;
•   рис.6;
•   рис.7.

Последние предположения означают, что в зависимости от технологических параметров ткани узловые точки рассматриваемой ячейки могут иметь различные координаты в плоскости . Такие расположения узловых точек могут иметь места, например, в ткани переменной плотности.

Внешние силы  , , ,  имеют следующие фиксированные значения ,  , т.е . .

 

Рисунок 5. Зависимости натяжения нитей основы и уточных нитей от углов a_1,2-q_1,2 и a_3,4-q_3,4, полученные при p_i,j=p'_i,j=30 cH, p_m,n=p'_m,n=25 cH, a_1,4-q_1,4=60⁰, a_2,3-q_2,3=60⁰

 

Из рис. 5–7 вытекают следующие выводы. При принятых исходных данных:

• с увеличением углов  и , при фиксированных значениях углов  , , натяжения   и   нитей основы  и  возрастают, а натяжения   и  уточных нитей  и  убывают;
• с увеличением углов  и , при фиксированных значениях углов  , , натяжения   и   нитей основы  и  возрастают, а натяжения   и  уточных нитей  и  убывают.

Таким образом, при принятых исходных данных расчета, увеличения углов отклонения нитей основы и уточных нитей от горизонтальной оси приводят к возрастанию натяжения нитей основы и уменьшению натяжения уточных нитей.

 

Рисунок 6. Зависимости натяжения нитей основы и уточных нитей от углов a_1,2-q_1,2 и a_3,4-q_3,4, полученные при p_i,j=p'_i,j=30 cH, p_m,n=p'_m,n=25 cH, a_1,4-q_1,4=70⁰, a_2,3-q_2,3=70⁰

 

Рисунок 7. Зависимости натяжения нитей основы и уточных нитей от углов a_1,2-q_1,2 и  a_3,4-q_3,4, полученные при p_i,j=p'_i,j=30 cH, p_m,n=p'_m,n=25 cH, a_1,4-q_1,4=80⁰, a_2,3-q_2,3=80⁰

 

Рисунок 8. Зависимости натяжения нитей основы и уточных нитей от углов a_1,2-q_1,2 и a_3,4-q_3,4, полученные при p_i,j=p'_i,j=40 cH, p_m,n=p'_m,n=25 cH, a_1,4-q_1,4=70⁰, a_2,3-q_2,3=70⁰

 

Исходные данные рис. 8 отличаются от предыдущих рис. 5–7 тем, что здесь ,    и , а на рис. 6 и рис. 7 углы отклонения нитей основы и уточных нитей от горизонтальной оси принимают одинаковые значения.

Равномерные увеличения внешних сил  и  приводят к возрастанию натяжения нитей основы и уменьшению натяжения уточных нитей. При исходных параметрах, проводимых в данном случае экспериментальных исследований натяжение  нити основы при  на рис.6 равен , а на рис. 8  – . Аналогичные сравнения при  значения натяжения нитей основы  дают:

•  на рис. 6;
•  на рис. 8.

Отсюда видно, что натяжение  возрастает значительно быстрее, чем натяжение .

Проводя аналогичные сравнения изменения натяжения уточных нитей,  приходим к выводу, что при исходных данных эксперимента  возрастания углов  ,   и внешних сил  и , натяжение  уточной нити  значительно быстрее убывает, чем натяжение  уточной нити.

Отметим, что на рис. 8 при натяжение  нити основы  принимает значение , т.е. . Последнее условие противоречит постановке и физическому смыслу задачи и, следовательно, при исходных данных рис. 8 углы  и  принимают меньшие, чем  , значения.

На рис. 9-13 приведены результаты числовых экспериментальных исследований зависимости натяжения нитей основы, и уточных нитей рассматриваемой ячейки образца ткани от углов  и . В этих таблицах углы  и  принимают заданные значения:

•  на рис.9;
•   на  рис.10.

Углы  и  меняются в пределах от   до  , а внешние силы – принимают постоянные значения   и  , т.е.  .

Из анализа данных этих значений гистограмм следуют выводы:

• при возрастании углов  и   от  до  натяжения нитей основы существенно убывают, а натяжения уточных нитей возрастают;
• при увеличении углов  и  от  до  натяжения нитей основы убывают, а натяжения уточных нитей возрастают.

На рис. 8 при , а на рис. 9 при  и  натяжения   нити основы  оказываются отрицательными величинами. Условие  противоречит физической постановке задачи. Следовательно, при исходных данных (рис. 8) углы  и  принимают меньшие значения, чем , а при исходных данных (рис. 9) – меньшие, чем .

 

Рисунок 8. Зависимости натяжения нитей основы и уточных нитей от углов a_1,4-q_1,4 и a_2,3-q_2,3, полученные при p_i,j=p'_i,j=40 cH, p_m,n=p'_m,n=25 cH, a_1,2-q_1,2=60⁰, a_3,4-q_3,4=60⁰

 

Из рис. 8 видно, что внешние силы удовлетворяют условия  , , т.е. . Числовые расчеты (рис. 9; 10) проводились для случаев   (рис. 9),   (рис. 10) и  , , т.е. .

Из рис. 8 - 10 следует, что в обоих случаях  и   при возрастании углов  натяжения  и  нитей основы  и  убывают, а натяжения  и  уточных нитей  и  возрастают.

 

Рисунок 9. Зависимости натяжения нитей основы и уточных нитей от углов a_1,4-q_1,4 и a_2,3-q_2,3, полученные при p_i,j=p'_i,j=30 cH, p_m,n=p'_m,n=35 cH, a_1,2-q_1,2=60⁰, a_3,4-q_3,4=60⁰

 

Таким образом, при растяжении заданного образца ткани вдоль нитей основы или уточных нитей, натяжения соответствующих нитей равняются внешним силам  или , а при растяжении под углом к направлениям нитей, натяжения меньше внешних сил. При определенных технологических показателях, прочность ткани на растяжение вдоль диагоналей ячеек, образованных нитями основы и уточными нитями, принимает максимальные, а вдоль нитей основы и уточных нитей минимальные значения.

 

Рисунок 10. Зависимости натяжения нитей основы и уточных нитей от углов a_1,4-q_1,4 и a_2,3-q_2,3, полученные при p_i,j=p'_i,j=30 cH, p_m,n=p'_m,n=35 cH, a_1,2-q_1,2=70⁰, a_3,4-q_3,4=70⁰

 

В дальнейшем, способ нагружения образца структуры вдоль нитей основы назовем первым способом, вдоль уточных нитей – вторым способом, а под углом к нитям основы и уточным нитям – третьим способом.

Из теоретического анализа и сравнения результатов проведенных числовых экспериментальных исследований следует, что в третьем случае нагружения, силы  распределяются между нитями основы и уточными нитями. А в первых и вторых способах деформирования, внешние силы действуют только на нити основы (первый способ нагружения) или только на уточные нити (второй способ нагружения). В первом и втором случаях нагружения деформируются только нити основы или уточные нити. В третьем случае, можно воздействовать на образец так, чтобы нити основы и уточные нити деформировались одновременно и равномерно. При третьем способе нагружения будет обеспечено максимальное деформирование образца при растяжении. На практике, обеспечение нагружения ткани по третьему способу приводит к повышению прочности и срока эксплуатации готовых изделий.

Полученные выше формулы и построенные для трех случаев деформирования зависимости, позволяют определить текущие напряженные состояния и значения прочности структуры декоративного образца, в конечном итоге помогают выбрать рациональные условия формирования структуры и ее деформирования при изготовлении и эксплуатации деталей одежды с декоративными элементами.

 

Список литературы:

1. С.А.Рахимкулова, М.И.Алибекова, У.С.Рахматуллаева, С.Ш.Ташпулатов. Исследование национальных декоративных элементов и технологии их применения  в современном костюме  (на примере Сурхандарьи) // Монография / Под ред. докт. искусствоведения, проф. М.И.Алибековой. – Курск: изд-во ЗАО «Университетская книга», 2023, - 146 с.
2. Л.А.Соболева, А.Г.Кузьмин, И.Н.Тюрин, С.Ш.Ташпулатов, В.С.Белгородский. Технология виртуальной примерки в современном ритейле модной одежды // Научный журнал «Костюмология». — 2021. — Т. 6. — № 4. — URL: https://kostumologiya.ru/PDF/22IVKL421.pdf
3. Ч.Т.Кочкорбаева, С.Ш.Ташпулатов. Пути решения проблемы выбора материалов при создании современной специальной одежды // Мода и дизайн: исторический опыт — новые технологии: Матер. XXIV международной научной конференции / Под ред. Н.М.Калашниковой. — СПб.: ФГБОУВО «СПбГУПТД», 2021. —С.319-322
4. М.К.Расулова, С.Ш.Ташпулатов, И.В.Черунова, Ш.Л.Мамасолиева. Исследование устойчивости текстильных материалов к внешним воздействиям и её зависимость от различных факторов // Всероссийский круглый стол с международным участием «Проблемы текстильной отрасли и пути их решения», 22.11.2020, С.169-175
5. Е.Б. Стефанова, И.В.Черунова, С.Ш.Ташпулатов. Современные полимерные конструкции в системе подготовки инженерного обеспечения в легкой промышленности // Научный журнал «Образование и развитие общества», 2020, №1(10), С.182-186.
6. И.В.Черунова, Е.Б. Стефанова, С.Ш.Ташпулатов. Техническое обеспечение исследований разрывных характеристик охлажденных текстильных материалов для одежды // Научный журнал «Костюмология», 2020, №1, https://kostumologiya.ru/PDF/23TLKL120.pdf.
7. А.Ф.Байбекова, Е.В.Лунина, Е.Г.Андреева, Г.И.Махмудова. Художественное моделирование швейных изделий с мультидетальными орнаментальными узлами // Журнал «Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности», ИвГПУ, 2020, №2, С. 201-204 https://ttp.ivgpu.com/wp-content/uploads/2020/12/386_44-2.pdf
8. Ташпулатов С.Ш. Теоретические основы деформирования оболочек цельновыкроенных деталей одежды / Монография, изд-во «Наука и технология» (“Fan va tehnologiya”), Ташкент, 2010, 84 с.
9. Ташпулатов С.Ш. Высокоэффективная ресурсосберегающая технология формообразования и ВТО деталей одежды / Монография, изд-во «Наука и технология» (“Fan va tehnologiya”), 2010, 96 с.
10. Ташпулатов С.Ш. Напряженно-деформированное состояние оболочек цельновыкроенных деталей одежды / Монография, изд-во «Наука и технология» (“Fan va tehnologiya”), Ташкент, 2008, 89 с.
11. Лунина Е.В., Черунова И.В., Ташпулатов С.Ш. и др. Актуальные направления и инновационные подходы проектирования швейных изделий как оболочек сложной пространственной формы / Монография / под общ. ред. проф. Е.В. Луниной. – М.: Издательская группа «ТРИУМ», 2021. – 106 с.
12. Ташпулатов С.Ш. Разработка высокоэффективной ресурсосберегающей технологии изготовления швейных изделий. Автореферат дисс. … докт. техн. наук, ТИТЛП, 2008.- 42 с.
13. Ташпулатов С.Ш. Исследование деформирования сетчатой структуры ткани при формообразовании деталей одежды (сообщения 1) / Журнал «Проблемы механики», 2007, №4.
14. Ташпулатов С.Ш., Расулова М.К. Методика определения деформирования сетчатой структуры ткани при формовании деталей одежды / Журнал «Наука. Образование. Техника», Ош, 2007, №2.
15. Ташпулатов С.Ш., Эргашов М.Э. Методика расчета напряженно-деформированного состояния оболочек цельновыкроенных деталей по ресурсосберегающей технологии изготовления одежды // Свидетельство на программный продукт №DGU 01159 по заявке DGU 20060105 от 03.10.2006.