При оценке качества одежды показатели свойств, оказывающих на человека эмоциональное или эргономическое воздействие, определяются в основном эвристическими методами, что не позволяет с высокой точностью получать информацию для прогнозирования стабильности проектных параметров готовых швейных изделий в процессе эксплуатации. Для обеспечения сохраняемости потребительских свойств готового изделия на этапе его эксплуатации необходимо с требуемой достоверностью определять перечень его качественных характеристик, зависящих во многом от фактических показателей свойств одежных материалов, устанавливаемых соответствующими стандартами и другими нормативными документами. В перечне свойств, влияющих на внешний вид, размерную точность и формоустойчивость швейных изделий, одно из значимых мест занимают характеристики механических свойств материалов при деформации изгиба, прежде всего жесткость и драпируемость.
К наиболее существенным недостаткам существующих методов и устройств для исследования характеристик свойств материалов при деформации изгиба можно отнести следующие: технологические сложности и значительную продолжительность проведения испытания; практическую невозможность автоматизированного формирования базы данных на электронных носителях информации; несоответствие условий проведения испытаний реальным условиям эксплуатации изделий. Все это предопределяет необходимость поиска новых технологических и технических решений для исследования драпируемости одежных материалов и их жесткости при изгибе.
Цель статьи заключается в автоматизации процесса и повышении точности определения жесткости и драпируемости одежных материалов – одних из важнейших характеристик конструкторско-технологических свойств материалов, обеспечивающих выполнение эргономических требований к швейным изделиям.
Материал и методы исследований
Объектом исследования статьи являются методы оценки жесткости и драпируемости одежных материалов и технические решения для их реализации. В работе использовались общетеоретические методы научных исследований и общеинженерные подходы к разработке технических решений испытательного оборудования.
Результаты исследования и их обсуждение
Практика использования различных физических эффектов для исследования деформационных свойств волокнистых материалов [5] показывает достаточную эффективность применения волновых процессов в данной области.
На первоначальном этапе исследований рассмотрены теоретические предпосылки разработки инструментальных экспресс-методов определения жесткости и драпируемости текстильных полотен на основе использования параметров механических колебаний в качестве информативных при определении характеристик свойств материалов при деформации изгиба. С этой целью в теоретических исследованиях был рассмотрен плоский однородный образец полотна, находящийся под натяжением и закрепленный на концевых срезах. Материал некоторым образом нагружен и сохраняет свое натяжение 
. Когда на малом участке образца 
создается поперечное смещение
, изменяющееся со временем по закону синуса, то деформация передается от участка к другим элементам образца. В результате возникают две волны, распространяющиеся в противоположных направлениях. После отражения от закрепленных концов образца волны будут двигаться навстречу друг другу [7]. Наступает суперпозиция двух бегущих поперечных волн, в результате чего на образце устанавливается стоячая волна (рис. 1).
Если предположить, что бегущие поперечные волны являются синусоидальными, то они описываются следующими уравнениями.
Прямая волна (распространяется в положительном направлении х):
(1)
обратная волна (распространяется в противоположном направлении оси х):
(2)
где А — амплитуда волны генерируемых колебаний, 
— круговая частота, 
— показатель длины волны, 
— волновое число, 
— разность фаз колебаний для прямой и обратной волны.
Скорость распространения 
синусоидальных волн связана с другими характеристиками такими соотношениями, как:
. (3)
Величина 
в образце определяется не частотой или длиной волны, а параметрами упругой среды, и зависимость имеет следующий вид:
, (4)
где — сила натяжения образца, 
— линейная плотность, 
— площадь сечения образца материала.
Материал, закрепленный на обоих концах, ограничивает распространение бегущих волн. В точках закрепления 
и 
волны отражаются, имея в этих точках смещение 
, равное нулю. А в точках, лежащих в интервале 
смещение равно алгебраической сумме смещений, создаваемых прямой и обратной волной (см. рис. 1), следовательно:
(5)
Рис. 1. Суперпозиция двух бегущих поперечных волн и установившаяся стоячая поперечная волна: 1, 2 — бегущие волны, 3 — стоячая волна
Используя уравнения (1 и 2), после элементарных преобразований получим:
. (6)
Уравнение (6) должно удовлетворять так называемым краевым условиям. Рассмотрим вначале условие, согласно которому смещение равно нулю при для любого момента времени:
. (7)
Из этого заключаем, что 
, следовательно, 
Подставив значение 
в уравнение (7) и заменив функцию косинуса на синус, получим уравнение стоячей волны в виде:
. (8)
Из уравнения (8) следует, что в каждой точке образца происходят колебания одной и той же частоты (той же, что и бегущей волны), но различной амплитуды. Амплитуда стоячей волны 
определяется как модуль сомножителей, не зависящих от времени, именно:
(9)
Отличие поперечной бегущей волны и поперечной стоячей волны иллюстрируется на рисунке 1. Ближайшее расстояние между двумя точками среды, обозначенное , представляет собой параметр, характеризующий длину стоячей волны.
На основе выполненных теоретических исследований в работе разработаны новые методы оценки драпируемости и жесткости при изгибе для одежных материалов различной структуры и предложены технические средства для их реализации, принципиальные схемы которых приведены на рисунках 2 и 3.
Рис.2. Принципиальная схема технического устройства для исследования драпируемости: 1 — генератор механических колебаний (ГМК); 2 — процессор; 3 — цифро-аналоговый преобразователь (АЦП); 4 — усилитель; 5 — цифровая видеокамера; 6 и 7 — зажимы образца материала; 8 — монтажный кронштейн; 9 — общая стойка для установки, фиксации и возвратно-поступательного перемещения зажима 7 при нагружении и деформации образца; 10 — оптическая линейка для измерения деформации образца; 11 — звено для задания величины нагружения; 12 — винтовая пара для обеспечения нагружения; 13 — шкала для визуализации величины нагружения; 14 — блок сопряжения
Метод оценки драпируемости, подробно описанный в работах [2, 3], заключается в определении коэффициента коррекции количества генерируемых волн квазистоячих колебаний на эталонном образце как информативного параметра. Рассматриваемая задача технологически решается тем, что оценка драпируемости текстильных материалов заключается в определении соотношения количества образующихся на образце стоячих волн для выбранного в качестве эталона образца 
к величине волн 
исследуемого 
-ого образца как информативного параметра коэффициента драпируемости материала. Коэффициент драпируемости 
- ого образца материала 
рассчитывают по следующему алгоритму: 
= 
, %; 
= 100
, %; 
=
, где 
— коэффициент драпируемости эталонного материала, определенный методом «иглы» [1]; А — расстояние между концами эталонного образца в подвешенном состоянии; 
— коэффициент коррекции показателя драпируемости.
Рис. 3. Структурно-кинематическая схема реализации метода оценки жесткости материалов при изгибе: 1 — ГМК, 2 – процессор, 3 — АЦП, 4 — усилитель, 5 и 6 — зажимы для фиксирования срезов образца материала, 7 — лазерная компьютерная мышь, 8 — подвижная опора, 9 — монтажный кронштейн, 10 — образец
В разработанном способе определения жесткости одежных материалов и других волокнистых систем, подробно описанном в работах [4, 6], в качестве информативного параметра предлагается использовать значение резонансной секундной частоты измеряемого образца, которую определяют путем возбуждения в образце вынужденных поперечных колебаний с частотой 0,1–20 Гц. При этом регистрируют квазирезонансный спектр собственных частот образца с его передачей в память процессора. Параметр жесткости материала с помощью процессора рассчитывают по формуле 
, где 
, 
— соответственно измеренное значение резонансной секундной частоты и погонный вес 
-ого образца материала; 
— момент инерции прямоугольного сечения k-ого образца; 
— параметр 
-ого резонансного спектра собственных колебаний материала; 
— гравитационная постоянная. Полученные результаты в виде базы данных сохраняют на электронном носителе информации.
Заключение
Таким образом, в работе однозначно доказана возможность использования параметров механических колебаний при определении характеристик механических свойств одежных материалов при деформации изгиба. Предложенные методы оценки драпируемости и жесткости материалов могут быть отнесены к разряду автоматизированных экспресс-методов. Несомненными преимуществами разработанных способов являются значительное сокращение времени испытания, расширение технологических возможностей, повышение точности определения искомых характеристик и обеспечение возможности формирования электронной базы данных в режиме on-line.
Рецензенты:
Бойцова Т.М., д.т.н., профессор, профессор, директор научно-образовательного центра экологии Владивостокского государственного университета экономики и сервиса, г. Владивосток;
Старкова Г.П., д.т.н., профессор, профессор кафедры дизайна и технологии, начальник отдела организации научно-исследовательской работы Владивостокского государственного университета экономики и сервиса, г. Владивосток.