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织物折皱回复性能的动态评价方法

2019/04/15

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织物折皱回复性能的动态评价方法,包括以下步骤:
(1)、采用织物折皱回复性能动态测试系统获取动态角度数据;得到试样的折皱回复角随时间变化曲线;
(2)、从步骤(1)曲线中提取四类指标来评价试样的折皱回复性能,反映回复的初始阶段、急弹阶段、缓弹阶段的回复情况;本发明通过织物折皱回复性能动态测试系统获取动态角度数据,获取四类指标评价试样的折皱恢复性能。具有准确、合理的优点。
 
织物折皱回复性能是衡量织物质量的重要指标,不仅决定了织物的外观,而且影 响了织物的使用寿命。目前,以回复角大小评价织物折皱回复性能的标准仍然停留在测量 特定时刻折皱回复角的静态评价方法,如标准ISO 2313-1972,AATCC 66-2008和GB/T 3819-1997均采用回复过程的5min时刻的角度作为评价指标。然而,折皱回复是一个动态过 程,这种评价方法仅反映了试样在规定时刻的回复角状态,并不能准确反映试样的折皱回 复性能。例如两种织物在回复过程的5min时刻回复角相似,但其中一种织物在回复阶段初 期就达到回复阶段5min时的回复角度值,另一种织物则在回复阶段5min之后回复角仍然继 续增大。因此,提取织物折皱回复动态评价指标,能实现织物折皱回复性能的准确评价。
 
本发明的目的在于提出一种准确、合理的织物折皱回复性能的动态评价方法;以 解决现有技术的上述问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。
-种织物折皱回复性能的动态评价方法,包括以下步骤:
(1)、采用织物折皱回复性能动态测试系统获取动态角度数据;得到试样的折皱回 复角随时间变化曲线;
(2)、从步骤(1)曲线中提取四类指标来评价试样的折皱回复性能,反映回复的初 始阶段、急弹阶段、缓弹阶段的回复情况;
其中,所述的四类指标包括第一类指标、第二类指标、第三类指标和第四类指标。
所述的第一类指标为初始回复速率,提取动态角度数据起始阶段角度线性增长增 长拟合直线的斜率作为初始回复速率,反映织物折皱回复初始阶段的回复情况。
所述的第二类指标为急弹时间和急弹回复角,提取动态角度数据拟合曲线的曲率 最大值对应的时间作为急弹时间,急弹时间对应的回复角作为急弹回复角,反映织物折皱 回复过程中角度由急变缓的转折过程。
所述的第三类指标为缓弹时间和缓弹回复角,提取织物折皱回复角度基本稳定时 刻作为缓弹时间,缓弹时间对应的回复角作为缓弹回复角,反映了织物折皱回复角度基本 稳定所需的时间以及回复角度;反映织物折皱回复稳定阶段的情况。
所述的第四类指标为回复率,提取任意时刻的回复角与缓弹回复角的比值作为该 时刻的回复率,反映织物在任意时刻的回复程度。
本发明通过织物折皱回复性能动态测试系统获取动态角度数据,获取四类指标评 价试样的折皱恢复性能。具有准确、合理的优点。
 
具体实施方法
采用织物折皱回复性能动态测试系统获取动态角度数据,图像采集时,设定前30s 的采集帧频为30帧/s,之后采集速度设为1帧/s。采集到的其中一个试样的折皱回复角随时 间变化曲线如图1所示。
 图1中,回复角曲线的初始阶段呈现了剧烈增加的现象,之后逐步变得平缓和稳 定。从曲线中可以提取四类指标来评价试样的折皱回复性能,反映了回复的初始阶段、急弹 阶段、缓弹阶段的回复情况。以图1试样的动态回复角为例,说明动态评价指标的含义。

(1)初始回复速率
从图1中的300s内的所有回复数据中提取出回复阶段第1秒内角度数据;
从图2中可以看出,在前0.2s内,即初始的5帧视频图像所测得的回复角度呈现线 性增长趋势,该线性增长阶段的斜率可以被定义为初始回复速率(IV)。线性增长阶段能够 拟合出线性方程A = 212.4t-4.45,式中A表示回复角度,t表示时间,该拟合方程的拟合优度 由残差平方和(SSE)、判定系数(R-square)、调整的判定系数(AdjustedR-square)和均方 根误差(RMSE)检验。残差平方和和均方根误差越小,判定系数和调整的判定系数越接近1, 说明拟合优度越好。该拟合方程的检验结果为2.818(残差平方和)、0.9889(判定系数)、 0.9833(调整的判定系数)和1.187(均方根误差),证明了拟合方程可以大致描绘出回复角 在初始阶段的总体趋势。因此,初始回复速率对应于方程中的斜率为IV = 212.4° /s。IV反映 了压块移除的瞬间,折叠试样回复的快慢程度。
初始回复速率不仅能反映试样回复初始阶段的回复快慢,还与织物的弯曲性能密 切相关。
在物理学中,让试样自由翼绕着折痕线旋转的回弹力的趋势可以表述为弯矩。则 回复力的初始弯矩表达式为:
 
式中,&为初始回弹力,so为在回复力方向上自由翼的位移,ω〇为初始角速度,1 为自由翼长边的一半。另一种表示弯矩的方法是基于粘弹性模型的表达方法。试样单位长 度的初始弯矩为
Μ' = k、、RM0 ⑵
其中,RMo为织物在回复阶段初始时期的松弛模量,它由标准固体模型阻尼器的松 弛时间、弹性模量和粘弹系数所决定。方程(1)中回复力的弯矩和公式(2)的相等。从两个方 程中可得,&和1为不变值,k Q和RM〇与织物本身有关,则可以推断出初始回复速率可以在一 定程度上表征织物折皱回复性能和弯曲性能。
选取了 9种不同原料、不同组织结构的织物作为研究抗弯刚度对织物折皱回复性 能影响的材料。织物分别在KES-FB2弯曲性能测试仪和织物折皱回复性能动态测试系统上 测试弯曲性能和折皱回复性能,测试结果弯曲性能参数B和2HB分别表示弯曲刚度和弯曲滞 后矩,折皱回复性能参数IV表示初始回复速率和最终回复角。
由动态测试系统测得的初始回复速率和KES-FB2弯曲测试仪测得的经、炜向的弯 曲刚度之间的关系如图3(a)所示,初始回复速率和弯曲滞后矩的关系如图3(b)所示。图3 (a)和(b)中的趋势很相似。可以观察到B和2HB通常一开始下降,之后随着IV变大而几乎不 变。可以采用线性和非线性的分段函数描述它们之间的关系,图中弯曲性能测试结果随IV 的增大而下降的部分显示出非线性关系,可以用指数函数表示。
 
(2)急弹时间和急弹回复角
提取回复阶段时间前期的部分回复角数据,如图4(a)为图1回复阶段前30s的角度 值,其中从〇.2s到30s的折皱回复角度可以拟合出曲线方程4 = 535.8^^-500.1,拟合方程 的置信区间为95%。并通过计算拟合方程与实际值之间的残差平方和(SSE)、判定系数(R-square)、调整的判定系数(Adjusted R-square)和均方根误差(RMSE),说明曲线的拟合优 度。其中,残差平方和和均方根误差越接近于〇,判定系数和调整的判定系数越接近于1,说 明拟合优度较高。这些评判指标计算结果分别为10.17、0.9996、0.9996和0.1068,说明了拟 合曲线与原始角度值拟合度较高。
从图4(a)中可以看出,在回复的初始阶段,角度增加幅度较大,甚至近似于直线, 过一段时间,回复角度增幅明显减缓,也可近似为斜率较小的直线,因此,折皱回复角度变 化存在由急变缓的转折点,提取出该指标可以用来表征织物折皱回复在急弹阶段的情况。 该转折点恰好可以从回复角拟合曲线的曲率中获得。曲率是针对曲线上某个点的切线方向 角对弧长的转动率,在数学上是表明曲线在某一点的弯曲程度的数值。曲率越大,表示曲线 弯曲程度越大,曲率的倒数为曲率半径,因而当曲线接近平直时,曲率接近〇。所以,拟合曲 线曲率的最大值出现的时刻即为回复角变化由快变慢的转折时刻。图4(a)中的拟合曲线对 应的曲率为
K=(5.79|t|_1-989)/(l+34'29r1-978) 3/2, (4-1 )
如图4(b)所示。在呈现先增大后变小规律的曲率图像,曲率的峰值显而易见,该峰 值所对应的回复时刻被定义为急弹时间(??,急弹时间对应的角度值为急弹回复角(α〇。图 4所对应的试样的急弹时间和急弹回复角分别为
 
(3)缓弹时间和缓弹回复角
当回复阶段过了急弹时间h,回复角的变化逐渐变慢。例如,在196s后的10s内角 度增量小于0.1°。本文定义在l〇s内回复角接近零增长的时刻为缓弹时间(T 2),对应的回复 角度为缓弹回复角(ατ)。超过缓弹时间后,折皱回复角度变化的幅度更小,织物折皱回复测 试的终止时间建议采用缓弹时间表示。对于不同织物,相应的缓弹时间也有所不同,建议用 本文的测试方法可不必采用现有标准中规定的所有织物均测量回复阶段5min时刻的回复 角度,而是根据动态测量的缓弹时间确定试样的测试时间。这样可以更具体地反映试样的 回复情况,由于大部分织物在不到5min时回复角度已基本处于稳定状态或变化很小,因此 该缓弹时间的提出有利于缩短测试时间,提高试验效率。
缓弹回复角(ατ)表示试样在试验中的最终回复角度。若缓弹时间越短以及缓弹回 复角越大,则表示织物折皱回复性能越好。
 
(4)回复率
回复率(ε)表示试样在某时刻的回复程度,为某时刻的回复角与缓弹回复角的比 值,计算公式如下:
ε=α/αχ (4~2)
式中,α为t (0< t〈T2)时刻的回复角度值。例如,图1所对应的试样在t = 30s时的回 复角为56.1°,在T2=196s时的缓弹回复角为ατ = 63.3°,因此t = 30s的回复率ε3〇 = 〇.886, 说明了该试样在回复阶段的前30s已经完成了大部分的回复过程。
 
所属领域的普通技术人员应当理解:以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并 不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均 应包含在本发明的保护范围之内。

 


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