کاربرد روش رویه پاسخ و المان محدود در بهینه سازی کاسه‌انداختن پارچه در ماشین استنتر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد

2 رئیس دانشکده مهندسی نساجی

3 دانشکده مهندسی نساجی، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران

4 عضو هیات علمی گروه عمران

چکیده

استنتر در فرآیند تکمیل بااصلاح ساختمان فیزیکی-مکانیکی و شیمیایی پارچه سبب می‌شود تا خصوصیات لازم برای مورد مصرف نهایی لباس به پارچه داده شود. در تحقیق حاضر با اعمال شرایط شبیه‌سازی شده آزمایشگاهی و همچنین شبیه‌سازی از روش المان محدود بهینه‌سازی خواص مکانیکی پارچه در ماشین استنتر صورت گرفته است. در ابتدا با استفاده از دستگاه استنتر آزمایشگاهی آزمایش‌ها بر شش نمونه فاستونی (با شرایط مشابه تولید) با تغییر تاثیر دما ( ناشی از دو فاکتور کشش و سرعت)، درصد الیاف و وزن پارچه با استفاده از روش طراحی آزمایش به کمک نرم‌افزار مینی تب غربالگری گردید سپس با استفاده روش طراحی مرکب مرکزی خواص مکانیکی استحکام تاری و کاسه‌انداختن بهینه‌سازی شد، نتایج نشان داد دما، جنس ماده و وزن در سطح آماری (001/0 sig.<) بر استحکام و تغییر فرم کاسه‌‌انداختن موثر است. سپس با طراحی در نرم‌افزار تکس‌چن و انتقال طرح به نرم‌افزار آباکوس از طریق روش حل عددی المان محدود نتایج آزمایشی کاسه‌انداختن شبیه‌سازی گردید. ارتباط میان نتایج با شرایط شبیه‌سازی شده دارای ضریب تعیین 98/0 =R2 (001/0 sig.<) می‌باشد که می‌تواند برای شبیه‌سازی در فرآیندهای تکمیل با استنتر مناسب باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Application of Response Surface Methodology and FEM in Optimization Fabric Bagging Deformation in Stenter Machine

نویسندگان [English]

  • fatemeh tavangarrizi 1
  • ramin abghari 2
  • Mohammad Mirjalili 3
  • hamirreza amiri 4
1 Yazd Azad Islamic University
2 Head of Textile Faculty
3 Department of Textile and Polymer Engineering, Yazd Branch, Islamic Azad University, Yazd, Iran
4 Department of Engineering, Yazd Branch, Islamic Azad University, Yazd, Iran
چکیده [English]

In the stenter-finishing process changed the mechanical and chemical construction of the fabric, and causes the necessary characteristics to be given to the fabric for the final use of the garment. In the present study, by applying the simulated laboratory conditions as well as the simulation of the finite element method, the mechanical properties of the fabric in the stenter machine have been optimized. Initially, popular laboratory experiments were performed on six general worsted samples after that by changing stenter condition the effect of temperature (due to two factors of tension and speed), fiber percentage and fabric weight evaluated with experimental design (DOE) method using Minitab Software. Then, with Central Composite Design method, the mechanical properties of tensile strength and bagging deformation force were optimized. The results showed that temperature, material type and weight at the statistical level (sig.<0.001) significant on the strength and bagging deformation force. Then, by designing in TexGen software and transferring the design to Abaqus software, the experimental results of bagging deformation force were simulated with finite element method. The relationship between the results and the simulated conditions has a coefficient of determination of R2 = 0.98 (sig. <0.001), which can be suitable for simulation in stenter processes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stenter
  • Central composite design
  • ABAQUS
  • TexGen
  • Bagging

یکی از مهم‌ترین بخش‌های صنعت نساجی فرایند تکمیل پارچه است. هدف از تکمیل کردن تولید پارچه‌ای است که زیر‌دست، ظاهر و وزن آن، مشتری (مصرف‌کننده) را به خود جلب کند. باید از حداکثر لطافتی که الیاف اجازه می‌دهد بهره گرفت. در بعضی از موارد تکمیل، چنان تاثیری روی پارچه می‌گذارد که پارچه تکمیل شده قابل مقایسه با پارچه خام اولیه نیست این تغییرات بویژه بر روی پارچه‌های فاستونی تکمیل شده نسبت به سایر پارچه‌ها بیشتر محسوس است. (به همین دلیل بیان میشود ماشین بافندگی پارچه‌های فاستونی و ماشین‌های تکمیل، پارچه‌های فاستونی را شکل می‌دهند). در دهه اخیر با ظهور ماشین‌های مدرن، تکمیل کردن دست‌خوش تغییر و تحولات اساسی شده است. سرعت این ماشین‌ها بالا بوده و کارگر نیز تاثیر کمتری در کنترل دستگاه‌ها دارد. این گونه ماشین‌ها قابلیت برنامه‌‌‌ریزی بالایی برای تولید مجدد دارند که بستگی زیادی به مهارت و دانش فنی مدیران این بخش دارد[1].

روش‌های تکمیل را می‌توان به سه دسته مختلف طبقه‌بندی نمود.  

1-روش‌های فیزیکی: مانند تراش پارچه، خار زدن، اطو کردن، پرس کردن و غیره.

2-روش‌های شیمیایی: مانند تکمیل رزین، سفید کردن و مقاوم کردن در مقابل آتش گرفتن پارچه و غیره. در این روش‌ها معمولاً در اثر فعل و انفعالات شیمیایی حاصل بین لیف و ماده شیمیایی مصرف شده عمل تکمیل به دست می‌آید و یا اینکه ماده شیمیایی مصرف شده در اثر رسوب کردن و یا اضافه شدن در روی پارچه خواص تکمیل مورد نظر را می‌دهد، که در نتیجه باعث تغییر در خواص مورد نظر پارچه می‌شود مانند آهار دادن پارچه‌های پنبه‌ای با محلول مواد پلیمری.

3-روش‌های مکانیکی - شیمیایی: در این حالت از روش‌های مکانیکی و شیمیایی به‌طور توام بهره گرفته می‌شود مانند بشور و بپوش کردن پارچه و یا تثبیت حرارتی پارچه.

برای بدست آوردن خواص ظاهری پارچه مراحل مختلفی بر روی پارچه صورت می‌گیرد که آنها را می‌توان به دو دسته تکمیل مرطوب و تکمیل خشک طبقه‌بندی نمود. البته تکمیل خشک مرحله اساسی در بدست آوردن کیفیت پارچه و بدست آوردن زیردست مطلوب در پارچه به حساب می‌آید. این فرآیندهای تکمیل را می‌توان در (شکل 1) مشاهده نمود.

 

شکل1- فرآیند تکمیل]2 [

به‌طور کلی تکمیل بر روی پارچه به منظور افزایش درخشندگی، نرمی، زیبایی، ثبات دائمی، اتوپذیری و نظایر آن صورت می‌گیرد. همچنین مقاوم کردن پارچه در برابر آتش، آب و حشراتی نظیر بید از دیگر اهداف تکمیل کالای نساجی است[4].

یک از مراحل بسیار مهم تاثیر‌گذار در فرایندهای تکمیل خشک استنتر[1]  می‌باشد. فرآیند استنتر علی‌رغم هزینه اولیه و هزینه عملکردی بالا در حین فرآیند برای کنترل ابعادی و تثبیت حرارتی و خشک‌کردن و همچنین تنظیم با تنظیم ابعاد پارچه  به‌کار گرفته می‌شود[5,6,7,8,9]. توجه به استنتر و بدست آوردن شرایط بهینه آن از اهداف اصلی در تحقیق حاضر است.

  • ماشین استنتر

خشک‌کردن پارچه معمولا در ماشینی به نام استنتر انجام می‌گردد که معمولا جریان هوای داغ برعکس سطح پارچه حرکت می‌نماید رطوبت موجود تا جائی کاهش می‌یابد که خواسته شده باشد. معمولا مراحل خشک‌کردن و تغییرات شرایط رطوبتی مشابه (شکل2) صورت می‌گیرد.

 

شکل2-ارتباط بین مقدار رطوبت و دما در یک چرخه خشک کن]2 [

یکی از مسائل مهم در استنتر مقدار انرژی مصرفی است که بر حسب کیلوکالری بر کیلوگرم آب بخار شده محاسبه می‌شود. مقدار انرژی موارد مختلف از 100% انرژی سوخت را می‌توان در (شکل 3) به نمایش در آورد[2].

 

شکل3 - راندمان حرارتی در یک فرآیند خشک‌کردن]2 [

همانطور که مشاهده می‌گردد انرژی مصرفی مفید در این ماشین 31% است که می‌توان مقدار آن را تا 45% افزایش داد. در عمل شرایط کاهش عرض پارچه، کاهش سرعت حرکت پارچه و خشک بودن پارچه در مصرف انرژی مصرفی تاثیر دارد که نمونه‌ای از آن در ادامه آمده است.

مقدار آب استخراج شده در ساعت ماشین استنتر می‌تواند از رابطه (1) محاسبه گردد:

    Kg/h    (1)                                                                                                                       

در این رابطه:

H  عرض پارچه ( متر)

m وزن متر مربع پارچه ( گرم/ متر مربع)

Ri  مقدار رطوبت بازیافتی پارچه در لحظه ورودی (%)

Ru  مقدار رطوبت بازیافتی پارچه در لحظه خروجی (%)

n سرعت تولید (متر/ دقیقه)

مقدار تولید پارچه خشک در ساعت از رابطه (2) می‌تواند محاسبه گردد:

 (2)                                                                                                                  

مقدار حرارت مصرفی بر حسب کیلوکالری بر کیلوگرم پارچه از رابطه (3) قابل محاسبه است:

(3)                                                                                                                            

G میزان دبی هوای خروجی (کیلوگرم/ ساعت)

X1 رطوبت نسبی هوای ورودی (گرم/کیلوگرم)

X2 رطوبت نسبی هوای خروجی (گرم/کیلوگرم)

T1  دمای هوای ورودی (درجه سانتی‌گراد)

T2 دمای هوای خروجی (درجه سانتی‌گراد)

Ca حرارت مخصوص هوا ( 24/0 کیلو‌کالری/ کیلوگرم درجه سانتی‌گراد)

ماشین‌های استنتر در دو نوع یک‌لایه و چند‌لایه همانند (شکل 4) به‌کار گرفته می‌شود[2].

 


شکل 4 استنتر تک‌لایه و چند‌لایه]2 [

استنتر جهت حرارت دادن و حذف رطوبت از پارچه می‌بایستی انرژی زیادی را مصرف نماید. امروزه گاز طبیعی به عنوان سوخت جایگزین برای گرم کردن هوای داخل استنتر به کار میرود. برنامه‌ریزی‌های دقیق برای استفاده از منابع انرژی در این فرایند، به طور مستقیم بر کاهش هزینه‌های تولیدی در بخش تکمیل نساجی اثر می‌گذارد[10,11,12,13]. در این فرایند بیش از 50٪ از کل حرارت ایجاد شده از طریق هوای گرم خروجی در جو تخلیه می‌شود[14]. از این هوای گرم می‌توان برای ذخیره انرژی گرمایی استفاده نمود تا میزان مصرف انرژی (گاز طبیعی) برای خشک‌کردن در استنتر کاهش داد[1].

تاثیراتی که استنتر روی پارچه ایجاد می‌کند مشخص کننده‌ی این است که کشش و حرارت همزمان تغییری بر خواص فیزیکی پارچه خواهد داشت. اما این امر با صرف انرژی زیاد همراه است. در بخش تکمیل بیش از70  % از انرژی بصورت گرما استفاده می‌شود. فرآیندهای خشک‌کردن یکی از فرآیندهای پرمصرف از نظر انرژی در صنعت نساجی است، که ماشین استنتر بیشترین انرژی را برای خشک‌کردن و حذف رطوبت از پارچه مصرف می‌کند[14].

  • شبیه‌سازی فرآیند استنتر با المان محدود

با پیشرفت‌های صورت گرفته در زمینه‌ی نرم‌افزاری، تحقیقات مختلفی در زمینه مدل‌سازی رفتار فیزیکی- مکانیکی منسوجات صورت گرفته است[15]. این مدل‌سازی‌ها نیاز به انجام آزمایش‌های تجربی را به منظور کاهش هزینه‌های سنگین آزمایشگاهی کاهش می‌دهند. امروزه از روش‌های متفاوتی برای شبیه‌سازی و تحلیل مهندسی و متعاقبا پیش‌بینی‌های کامپیوتری بوجود آمده است[16]. در این بین، یکی از روش‌های پیش‌بینی به منظور تحلیل مسائلی با محدوده‌های بسیار پیچیده استفاده از روش حل عددی المان‌های محدود (FEM) می باشد[17].

در روش اجزای محدود، یک مسئله پیچیده از طریق جایگزینی آن با یک مدل ساده‌تر حل می‌گردد. در این روش، ناحیه مورد نظر به صورت مجموعه‌ای از زیر ناحیه‌های کوچک متصل به هم، به نام المان و یا سلول واحد در نظر گرفته می‌شود[18]. از این رو می‌توان در ابعاد ماکرو یک مدل را ساده‌تر مورد بررسی قرار داد. به عنوان نمونه در بررسی منسوجات یک راپورت بافت از منسوج در روش المان محدود طراحی شده و سپس باتوجه به خواص الیاف و نخ به کار برده شده و اعمال شرایط مرزی مورد نیاز خصوصیت مکانیکی منسوج بررسی می‌گردد[19]. تحقیقات مشابه برای حل مسائل پیچیده و شبیه‌سازی مواد در فرآیندهای مختلف صنعت نساجی از روش‌های شبیه‌سازی عددی المان محدود صورت گرفته است[26-20]. در رابطه با پارچه
می‌توان به تحقیقات سان و همکاران[22] (2012) به روش اجزاء‌محدود جهت شبیه‌سازی سوراخ شدن پارچه، وانگ و همکاران[23]، به بررسی شکل ظاهری لبه‌های پارچه در نقاط پاره شدن، لین و همکاران (2016) که مبادرت به بررسی و شبیه‌سازی رفتار مکانیکی پارچه‌های تاری – پودی با استفاده از روش اجزاء‌محدود نمودند[24]. همچنین رفتار کششی و خمشی پارچه‌های تاری – پودی به روش اجزاء‌محدود توسط انگویان و همکاران که در مطالعه خود از نظریه تغییر شکل برشی یک سویه برای شبیه‌سازی استفاده نمودند. عبقری و همکاران (2016) با کمک شبیه‌سازی عددی به روش اجزاء‌محدود به مطالعه رفتار کاسه‌انداختن پارچه‌های حلقوی پودی پرداختند. تغییرشکل کاسه‌انداختن پارچه شبیه‌سازی شده و نتایج با اندازه‌گیری‌های تجربی مقایسه شدند. یافته‌ها حاکی از آن بود که هر دو مدل را می‌توان برای پیش بینی رفتار تغییر شکل کاسه‌انداختن پارچه های حلقوی پودی استفاده نمود[25]. لین و همکاران رفتار برشی پارچه های بافته شده را با استفاده از روش المان محدود مدل‌سازی کردند. آنها معتقد بودند که می‌تواند برای پیش بینی دقیق تر نیروی برشی در تغییر شکل‌های بزرگ، شرایط مرزی را تعیین کند[26].

هدف اصلی در این پژوهش بررسی رفتار مکانیکی پارچه در مرحله استنتر پارچه می‌باشد. تا با ارائه شرایط شبیه‌سازی شده، پیشنهاد برای بهینه‌سازی در این ماشین که امکان تغییر شرایط آن به سادگی امکان ندارد و مستلزم هزینه بالائی است صورت پذیرد.

  • روش تحقیق

در این تحقیق برای داشتن شرایط ثابت آزمایشی ابتدا تعداد شش نمونه پارچه فاستونی با ماشین بافندگی سولزر روتی کارخانجات بافندگی گل‌نثار بافته شد. سپس نمونه‌های بافته شده توسط آزمایش‌های فیزیکی-مکانیکی مختلفی شامل: آزمایش خمش، بازگشت از چروک، نفوذ‌پذیری‌هوا‌، استحکام و کاسه‌انداختن مورد بررسی قرار گرفت. سپس با تغییر دمای استنتر، جنس ماده و وزن پارچه به کمک طراحی آزمایش عوامل موثر غربال‌گری گردید سپس این نمونه‌ها در ماشین استنتر آزمایشگاهی با شرایطی مشابه استنتر واقعی توسط روش طراحی مرکب مرکزی با کمک نرم‌افزار آماری مینی‌تب بهینه‌سازی گردید. این شبیه‌سازی همچنین با کمک نرم افزارهای المان محدود شبیه‌سازی گردید که در ادامه به شرح آن پرداخته خواهد شد.

  • مواد و روش‌ها

مشخصات 6 نمونه پارچه فاستونی (پشم پلی‌استر) در (جدول1) بیان شده است. شرایط پارچه‌ها بر اساس رایج‌ترین طرح بافت‌های پارچه‌های فاستونی  برای تمام نمونه‌ها استفاده گردید. نمونه‌ها به صورت آزمایشگاهی با استفاده از دستگاه فولارد آزمایشگاهی تحت عملیات شستشو و خشک‌کردن واقع شدند (نتایج برای مقایسه با دستگاه استنتر واقعی در خط تولید در ماشین استنتر (مونتکس 5000) کارخانجات گل‌نثار مقایسه گردید و نظر کارشناسان تطابق فرایندها بود) دستگاه استنتر آزمایشگاهی ساخت شرکت Tsujii Dyeing Machine MFG.Co.Ltd (شکل5) بود. دامنه تغییر شرایط بر اساس (جدول2) مورد توجه قرار گرفت. این نمونه‌ها از مراحل مختلف تکمیل پارچه در فرایند تولید نظیر ماشین‌های شستشو و خشک‌کن عبور داده شده بودند و سپس با شرایط متفاوت استنتر تهیه شدند.

جدول 1- مشخصات پارچه فاستونی مورد استفاده

پارچه فاستونی (پشم/پلی استر)

نمره نخ تار و پود

تراکم تار

تراکم پود

وزن

مواد

کد

10/90

45/2

20

22

375

M1

 

A

10/90

45/2

21

21

365

B

20/80

46/2

20

22

375

M2

 

C

20/80

46/2

21

21

365

D

45/55

56/2

20

22

380

M3

E

45/55

56/2

21

21

360

F

 

جدول 2- دامنه تغییر شرایط

وزن (gr/m2)

دما (0C)

ماده

استنتر

380-360

165-135

M1

خشک کن

380-360

195-170

M2

فیکسه

380-360

165-135

M3

نرم کن

6- نمونه‌گیری

تعداد نمونه‌ها (عرض 30 سانتیمتر و طول دو متر) بر اساس (رابطه4) به صورت تصادفی از نمونه‌های اصلی بدست آمدند n: تعداد نمونه، Z شاخص توزیع نرمال،s  انحراف معیار و d خطای مجاز مورد انتظار

    (4)                                                                                                                       

سپس بر اساس (جدول2)  نمونه‌ها در دستگاه‌های آزمایشگاهی مطابق (شکل5) آزمایش شدند.

 

 

 

 

 

 

A                                                                         B

شکل 5-a  - دستگاه استنتر آزمایشگاهی b-  فولارد ازمایشگاهی

 

7-آزمایش‌های فیزیکی- مکانیکی پارچه

7-1- آزمایش اندازه گیری مقاومت خمشی [2] پارچه

در این پژوهش آزمایش خمش (شکل6) طبق استاندارد (6828 ASTM- D) انجام شد. نمونه ها قبل از انجام آزمایش به مدت 24 ساعت در شرایط استاندارد رطوبت و حرارتی قرار گرفتند (دمای 2±20 سانتیگراد و رطوبت 2±65 ) نمونه بر اساس ابعاد استاندارد به صورت پشت و رو در جهت تاری و پودی آزمایش گردید. نتایج آزمایش‌ها در (جدول3) آورده شده است.

 

 

شکل 6-دستگاه اندازه گیری خمش پارچه ( شرلی )

 

جدول3- نتایج آزمایش خمش پارچه در شرایط مختلف استنتر

استنتر نرم (پود)

استنتر نرم (تار)

استنتر فیکس (پود)

استنتر فیکس (تار)

استنتر خشک (پود)

استنتر خشک (تار)

 

59/1

36/0

7/1

18/0

58/1

41/0

87/1

10/1

62/1

39/0

99/1

23/0

میانگین

انحراف معیار

A

51/1

52/0

76/1

34/0

58/1

45/0

53/1

22/1

56/1

13/0

00/2

10/7

میانگین

انحراف معیار

B

69/1

02/0

53/1

24/0

87/1

12/1

82/1

75/1

87/1

80/1

84/1

25/1

میانگین

انحراف معیار

C

73/1

06/0

99/1

18/0

99/1

19/0

77/1

21/0

66/1

06/0

85/1

15/0

میانگین

انحراف معیار

D

39/1

24/0

63/1

19/0

67/1

12/0

92/1

19/0

35/1

15/0

55/1

17/0

میانگین

انحراف معیار

E

67/1

23/0

86/1

13/0

54/1

30/0

71/1

27/0

51/1

24/0

76/1

18/0

میانگین

انحراف معیار

F

 

7-2- آزمایش اندازه گیری بازگشت از چروک [3] پارچه

آزمایش چروک‌پذیری (شکل7) بر طبق استاندارد (3390ASTM- D) انجام شد. نمونه‌ها قبل از انجام آزمایش به مدت 24 ساعت در شرایط استاندارد رطوبت و حرارتی قرار گرفتند (دمای 2±20 سانتیگراد و رطوبت 2±65) نمونه بر اساس ابعاد استاندارد به صورت پشت و رو در جهت تاری و پودی آزمایش گردید. نتایج آزمایش‌ها در (جدول4) آورده شده است.

 

شکل 7- دستگاه اندازه گیری زاویه بازگشت از چروک‌پذیری پارچه

 

جدول4- نتایج آزمایش بازگشت از چروک پارچه در شرایط مختلف استنتر

استنتر

نرم (پود)

استنتر

نرم (تار)

استنتر

فیکس (پود)

استنتر

فیکس (تار)

استنتر

خشک (پود)

استنتر

خشک (تار)

 

5/166

3/9

8/157

1/14

3/153

2/12

4/164

0/12

0/138

75/12

6/139

6/16

میانگین

انحراف معیار

A

9/139

4/12

5/167

8/12

2/152

4/19

0/158

3/10

1/140

9/16

8/171

8/3

میانگین

انحراف معیار

B

7/173

0/11

0/151

1/14

7/164

3/13

0/144

5/10

0/140

4/15

0/157

5/7

میانگین

انحراف معیار

C

7/169

6/13

0/153

4/10

7/143

9/6

0/153

7/14

3/150

8/9

0/152

4/9

میانگین

انحراف معیار

D

2/145

3/4

0/161

2/10

5/145

3/12

0/166

2/12

0/148

6/10

0/156

3/10

میانگین

انحراف معیار

E

4/162

4/6

1/171

7/7

3/153

2/10

2/172

7/10

2/141

0/11

5/158

7/11

میانگین

انحراف معیار

F

 

7-3- آزمایش اندازه گیری نفوذپذیری پارچه در مقابل هوا [4]

طبق استاندارد (737ASTM-D) نمونه‌های پارچه جهت آزمایش (شکل8) تهیه گردید. نمونه‌ها قبل از انجام آزمایش به مدت 24 ساعت در شرایط استاندارد رطوبت و حرارتی قرار گرفتند (دمای 2±20 سانتیگراد و رطوبت 2±65) نمونه بر اساس از سایزهای دستگاه ( 100سانتیمتر مربع) آزمایش گردید. نتایج آزمایش‌ها در (جدول5) آورده شده است.

 

شکل 8- دستگاه نفوذ پذیری هوا

جدول5- نتایج آزمایش نفوذپذیری هوا پارچه در شرایط مختلف استنتر

استنتر نرم

استنتر فیکس

استنتر خشک

 

2/19

7/0

0/17

5/1

9/15

2/0

میانگین

انحراف معیار

A

3/17

0/2

2/13

1/2

8/20

1/2

میانگین

انحراف معیار

B

9/14

2/2

4/15

4/3

9/7

5/1

میانگین

انحراف معیار

C

0/10

3/1

3/8

2/1

2/8

1/1

میانگین

انحراف معیار

D

8/18

8/1

6/17

6/1

5/15

2/1

میانگین

انحراف معیار

E

6/17

0/2

5/16

0/1

4/13

8/1

میانگین

انحراف معیار

F

 

7-4- آزمایش اندازه گیری استحکام [5]

میزان استحکام (شکل9) طبق استاندارد (5035ASTM-D) اندازه‌گیری شدند. در این نمودارها که میانگین نتایج خواص استحکام 6 نمونه پارچه(جدول6) فاستونی ذکر شده می‌باشد.

 

شکل 9 – شکل دستگاه استحکام سنج CRE

جدول6- نتایج آزمایش استحکام پارچه در شرایط مختلف استنتر

استنتر

نرم (تار)

استنتر

فیکس (تار)

استنتر

خشک (تار)

 

8/764

1/12

7/668

3/10

2/835

0/22

میانگین

انحراف معیار

A

5/710

2/17

5/599

0/8

5/792

3/15

میانگین

انحراف معیار

B

4/755

3/24

5/660

6/10

0/959

3/18

میانگین

انحراف معیار

C

1/696

2/32

5/577

5/10

0/922

2/20

میانگین

انحراف معیار

D

3/398

8/20

7/435

6/16

2/398

6/12

میانگین

انحراف معیار

E

4/223

8/15

5/365

2/7

7/324

9/26

میانگین

انحراف معیار

F

 

7-5- آزمایش کاسه‌انداختن[6]

میزان کاسه‌انداختن (شکل10) بر اساس آزمایش‌های زانگ و توجه به شاخصهای مقاله عبقری و همکاران اندازه‌گیری شدند[27-39]. در این نمودارها که میانگین نتایج خواص کاسه‌انداختن 6 نمونه پارچه فاستونی (جدول7) ذکر شده می‌باشد.

 

شکل 10 - شماتیک دستگاه کاسه‌انداختن

جدول7- نتایج آزمایش کاسه‌انداختن پارچه در شرایط مختلف استنتر

استنتر

نرم  (تار)

استنتر

فیکس (تار)

استنتر

خشک (تار)

 

5/483

0/13

7/710

3/22

1/672

3/21

میانگین

انحراف معیار

A

1/440

7/32

4/649

7/28

1/585

1/22

میانگین

انحراف معیار

B

2/360

1/19

3/626

3/22

9/457

6/21

میانگین

انحراف معیار

C

9/334

9/32

3/585

1/12

9/366

7/19

میانگین

انحراف معیار

D

7/281

6/19

3/367

7/21

6/299

8/10

میانگین

انحراف معیار

E

2/229

0/25

6/327

8/17

2/248

2/18

میانگین

انحراف معیار

F

 

 

6-بهینه‌سازی شرایط استنتر

ابتدا عملیات غربالگری فاکتورهای موثر انجام شد سپس بعد از مشخص کردن فاکتورهائی که بیشترین تاثیر را دارند اقدام به بهینه سازی شرایط استنتر گردید. بهینه‌سازی شرایط استنتر بر اساس تغییرات دمای استنتر، جنس پارچه و وزن موثر بر کاسه‌انداختن پارچه‌‌های فاستونی صورت گرفت. به منظور بهینه‌سازی شرایط یاد شده، روش سطح پاسخ[7] استفاده شده است .[40-46]در واقع به کمک این روش آماری و با حداقل تعداد آزمایش‌ها، اثرات همزمان سه متغیر مستقل موثر بر خواص ذکر شده پارچه بررسی شده است. سطوح متغیرهای مستقل انتخاب شده در (جدول8) آورده شده‌اند. طراحی آزمون، تجزیه و تحلیل آماری و مدل‌سازی ریاضی با استفاده از نرم‌افزار مینی‌تب صورت گرفت. با معرفی متغیرها و دامنه مورد مطالعه آن‌ها در نرم‌افزار، 24 آزمون جهت بهینه‌سازی شرایط استنتر خشک‌کن، فیکس و نرم‌کن پارچه‌ها با بیشترین ضریب آزمون‌ها پیشنهاد گردید (جدول9-10-11).

جدول 8-متغیرهای مستقل تاثیرگذار محیط استنتر بر خصوصیات فیزیکی مکانیکی و سطوح مورد مطالعه آن‌ها

  1. a) خشک و نرم کن b) تثبیت ابعادی

(a)

مولفه

واحد

نماد

سطح

α-

-1

0

1

α

دما

C0

A

136

140

147

155

159

وزن

gr/m2

B

362

365

370

375

377

مواد

 

C

 

A

B

C

 

 

(b)

مولفه

واحد

نماد

سطح

α-

-1

0

1

α

دما

C0

A

171

175

182

190

193

وزن

gr/m2

B

362

365

370

375

377

مواد

 

C

 

A

B

C

 

 

به منظور تثبیت ابعادی پارچه‌های فاستونی در شرایط بهینه، نمونه پارچه به میزان 2 سانتی‌متر از دو طرف کشش داده شده و با کمک سوزن‌های دو طرف نوار متحرک ابتدا تثبیت شد سپس از میان دستگاه استنتر عبور داده شد.

جدول 9-آزمون‌های طراحی شده به منظور بهینه‌سازی شرایط دستگاه استنتر جهت بررسی خواص فیزیکی-مکانیکی پارچه‌های فاستونی عبور داده شده از استنتر در مرحله خشک کن

ردیف

دما

وزن

ماده

استحکام

کاسه‌انداختن

1

50/147

92/362

C

91/395

31/304

2

89/136

00/370

C

44/364

91/244

3

50/147

92/362

A

09/831

34/680

4

00/155

00/365

A

24/790

32/591

5

00/155

00/375

C

27/371

27/263

6

00/140

00/365

C

41/386

43/286

7

00/150

00/375

B

65/931

12/392

8

00/140

00/365

A

32/799

91/642

9

50/147

07/377

B

44/982

71/484

10

00/155

00/365

B

42/924

67/370

11

00/140

00/375

B

02/948

49/413

12

50/147

07/377

A

48/860

29/693

13

10/158

00/370

C

71/306

76/223

14

00/155

00/365

C

21/371

07/261

15

00/140

00/375

A

48/806

08/672

16

89/136

00/370

B

76/911

83/359

17

89/136

00/370

A

84/795

48/576

18

00/155

00/375

A

60/798

72/611

19

50/147

92/362

B

46/965

54/457

20

10/158

00/370

A

73/768

11/559

21

00/140

00/365

B

53/941

50/407

22

50/147

07/377

C

37/416

71/311

23

00/140

00/375

C

21/396

12/296

24

10/158

00/370

B

09/897

16/345

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 10- آزمون‌های طراحی شده به منظور بهینه‌سازی شرایط دستگاه استنتر جهت بررسی خواص فیزیکی-مکانیکی پارچه‌های فاستونی عبور داده شده از استنتر در مرحله فیکس

ردیف

دما

وزن

ماده

استحکام

کاسه‌انداختن

1

00/190

00/375

A

48/602

07/664

2

10/193

00/370

C

91/352

42/352

3

00/175

00/365

A

13/667

98/678

4

00/175

00/375

C

09/476

21/411

5

50/182

92/368

C

26/397

12/365

6

50/182

92/362

A

49/656

19/681

7

89/171

00/370

B

38/674

63/638

8

89/171

00/370

C

57/457

14/419

9

00/175

00/375

A

19/690

12/739

10

10/193

00/370

A

67/600

78/365

11

89/171

00/370

A

55/681

82/716

12

00/190

00/365

A

24/597

89/618

13

10/193

00/370

B

08/578

20/586

14

50/182

07/377

C

73/442

71/371

15

50/182

92/362

B

28/648

39/596

16

00/190

00/375

C

60/365

82/327

17

00/175

00/375

B

04/679

44/648

18

50/182

07/377

A

34/671

13/699

19

00/175

00/365

C

11/440

16/396

20

00/190

00/365

C

18/348

21/311

21

00/175

00/365

B

44/659

63/597

22

00/190

00/375

B

34/583

91/587

23

50/182

07/377

B

11/661

61/620

24

00/190

00/365

B

54/572

84/581

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 11- آزمون‌های طراحی شده به منظور بهینه‌سازی شرایط دستگاه استنتر جهت بررسی خواص فیزیکی-مکانیکی پارچه‌های فاستونی عبور داده شده از استنتر در مرحله نرم کن

ردیف

دما

وزن

ماده

استحکام

کاسه‌انداختن

1

50/147

92/362

C

91/395

91/291

2

89/136

00/370

C

24/317

22/215

3

50/147

92/362

A

78/770

61/490

4

00/155

00/365

A

90/705

82/439

5

00/155

00/375

C

05/342

04/258

6

00/140

00/365

C

69/366

26/259

7

00/150

00/375

B

70/715

74/328

8

00/140

00/365

A

04/748

45/467

9

50/147

07/377

B

69/778

03/381

10

00/155

00/365

B

96/709

45/310

11

00/140

00/375

B

51/741

75/352

12

50/147

07/377

A

15/776

04/497

13

10/158

00/370

C

82/305

49/202

14

000/155

00/365

C

27/329

26/241

15

000/140

00/375

A

54/765

14/479

16

893/136

00/370

B

17/695

18/303

17

893/136

00/370

A

09/702

35/407

18

00/155

00/375

A

01/736

18/452

19

50/147

92/362

B

28/773

62/369

20

10/158

00/370

A

26/698

43/395

21

00/140

00/365

B

37/728

44/337

22

50/147

07/377

C

10/446

36/298

23

00/140

00/375

C

23/386

27/271

24

10/158

00/370

B

87/663

96/297

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • نتایج بهینه سازی استحکام به روش سطح پاسخ

   نتایج آنالیز واریانس حاصل از روش سطح پاسخ برای آزمایش استحکام در (جدول12) مرحله استنتر خشک‌کن آورده شده است.  مقدار 05/0p-value< در جدول ANOVA نشان‌دهنده اثرگذاری عامل مورد نظر بر استحکام پارچه می‌باشد.

جدول 12- نتایج آنالیز واریانس روش طراحی مرکب مرکزی طرح آزمایش برای اندازه‌گیری مقدار استحکام پارچه تحت تاثیردمای استنتر، وزن پارچه و درصد الیاف در استنتر خشک‌کن

Source

DF

Adj SS

Adj MS

F-Value

P-Value

Model

10

141303

141303

51/1028

000/0

Linear

4

1398901

349725

54/2445

000/0

Temp

1

1356

1356

87/9

008/0

Weigth

1

744

744

41/5

037/0

Marerial

2

1396801

698401

45/5083

000/0

Square

1

13816

13816

56/100

000/0

Temp×Temp

1

13816

13816

56/100

000/0

2-Way Interaction

5

317

63

46/0

798/0

Temp×Weigth

1

5

5

04/0

851/0

Temp×Marerial

2

283

141

03/1

385/0

Weigth×Marerial

2

30

15

11/0

899/0

Error

13

1786

137

 

Total

23

1414821

   

Coeficient

R-sq

R-sq(adj)

R-sq(pred)

S

Value

87/99%

78/99%

57/99%

7212/11

 

مقادیر F گزارش شده برای هر متغیر و تحلیل واریانس داده‌ها نشان می‌دهد که پارامترهای کدبندی شدهTemp  و Weigth و Material تاثیر توام عامل‌Temp تاثیرگذار بر استحکام پارچه در شرایط استنتر خشک‌کن هستند. همچنین تاثیر توام عامل‌های شده Weigth و Material نیز بر استحکام پارچه معنادار نمی‌باشند (شکل11). برای پیش‌بینی متغیر استحکام تحت تاثیر سه متغیر مستقل یاد شده معادلات پیش بینی معادله 5 تا 7 بدست آمده است. (سه ماده M1 ، M2 و M3 بر اساس جدول 1).

M1: Strength=-13682 + 9/183 Temp + 0/4 Weigth – 6032/0 Temp×Temp -0173/0 Temp×Weigth  (5) 

M2: Strength=-13314 + 5/183 Temp + 5/3 Weigth –6032/0 Temp×Temp0173/0- Temp×Weigth    (6)

M3 Strength=-13784 + 8/182 Temp + 5/3 Weigth – 6032/0 Temp×Temp0173/0- Temp×Weigth  (7)     

 

 

 

A                                                                   B

C

شکل 11- تغییرات استحکام پارچه نسبت به دمای استنتر خشک‌کن، وزن پارچه و درصد الیاف به صورت شکل‌ سه بعدی.

نتایج آنالیز واریانس حاصل از روش سطح پاسخ برای آزمایش استحکام در (جدول 13) مرحله استنتر فیکس آورده شده است. مقدار 05/0p-value<در جدول ANOVA نشان‌دهنده اثرگذاری عامل مورد نظر بر استحکام پارچه می‌باشد. نتایج بهینه سازی توسط روش DOEمشخص می‌نماید مقدار ماکزیمم استحکام در دمای 96/146 مقدار 78/852 می‌باشد.

جدول 13- نتایج آنالیز واریانس روش طراحی مرکب مرکزی طرح آزمایش برای اندازه‌گیری مقدار استحکام پارچه تحت تاثیردمای استنتر، وزن پارچه و درصد الیاف در استنتر فیکس

Source

DF

Adj SS

Adj MS

F-Value

P-Value

Model

10

321484

32148

33/209

000/0

Linear

4

319076

79769

39/519

000/0

Temp

1

36900

36900

26/240

000/0

Weigth

1

1936

1936

61/12

004/0

Materieal

2

280240

140120

35/912

000/0

Square

1

1455

1455

48/9

009/0

Temp×Temp

1

1455

1455

48/9

009/0

2-Way Interaction

5

953

191

24/1

346/0

Temp×Weigth

1

170

170

11/1

312/0

Temp×Materieal

2

388

194

26/1

315/0

Weigth×Materieal

2

394

197

28/1

310/0

Error

13

1997

154

 

Total

23

323480

   

Coeficient

R-sq

R-sq(adj)

R-sq(pred)

S

Value

38/99%

91/98%

90/97%

3928/12

 

مقادیر F گزارش شده برای هر متغیر و تحلیل واریانس داده‌ها نشان می‌دهد که پارامترهای کدبندی شدهTemp  و Weigth و Material تاثیر توام عامل‌Temp تاثیرگذار بر استحکام پارچه در شرایط استنتر فیکس هستند. همچنین تاثیر توام عامل‌های شده Weigth و Material نیز بر استحکام پارچه معنادار نمی‌باشند (شکل 12). برای پیش‌بینی متغیر استحکام تحت تاثیر سه متغیر مستقل یاد شده در معادله های 8 تا 10 آورده شده است. ( سه ماده M1 ، M2 و M3 بر اساس جدول 1). نتایج بهینه سازی توسط روش DOEمشخص می‌نماید مقدار ماکزیمم استحکام در دمای 89/171 مقدار 2/699 می‌باشد.

M1: Strength=-12272 + 1/104 Temp + 6/19 Weigth – 1958/0 Temp×Temp- 1004/0 Temp×Weigth  )8(

M2: Strength=-12136 + 3/103 Temp + 5/19 Weigth – 1958/0 Temp×Temp- 1004/0 Temp×Weigth  )9(

M3: Strength=-12902 + 8/102 Temp + 3/21 Weigth – 1958/0 Temp×Temp- 1004/0 Temp×Weigth  )10(

 

A                                                   B

 

C

شکل 12- تغییرات استحکام پارچه نسبت به دمای استنتر فیکس، وزن پارچه و درصد الیاف به صورت شکل‌ سه بعدی.

 

نتایج آنالیز واریانس حاصل از روش سطح پاسخ در (جدول 14) مرحله استنتر نرم کن آورده شده است. مقدار 05/0p-value< در جدول ANOVA نشان‌دهنده اثرگذاری عامل مورد نظر بر استحکام پارچه می‌باشد.

جدول 14- نتایج آنالیز واریانس روش طراحی مرکب مرکزی طرح آزمایش برای اندازه‌گیری مقدار استحکام پارچه تحت تاثیردمای استنتر، وزن پارچه و درصد الیاف در استنتر نرم کن

Source

DF

Adj SS

Adj MS

F-Value

P-Value

Model

10

764062

76406

11/402

000/0

Linear

4

737669

184417

55/970

000/0

Temp

1

2889

2889

20/15

002/0

Weigth

1

1427

1427

51/7

017/0

Marerial

2

733354

366677

74/1929

000/0

Square

1

25990

25990

78/136

000/0

Temp×Temp

1

25990

25990

78/136

000/0

2-Way Interaction

5

403

81

42/0

824/0

Temp×Weigth

1

0

0

00/0

975/0

Temp×Marerial

2

27

13

07/0

932/0

Weigth×Marerial

2

376

188

99/0

398/0

Error

13

2470

190

 

Total

23

766533

 

Coeficient

R-sq

R-sq(adj)

R-sq(pred)

S

Value

68/99%

43/99%

90/98%

7845/13

مقادیر F گزارش شده برای هر متغیر و تحلیل واریانس داده‌ها نشان می‌دهد که پارامترهای کدبندی شدهTemp  و Weigth و Material تاثیر توام عامل‌Temp تاثیرگذار بر استحکام پارچه در شرایط استنتر نرم‌کن هستند. همچنین تاثیر توام عامل‌های شده Weigth و Material نیز بر استحکام پارچه معنادار نمی‌باشند (شکل 13). برای پیش‌بینی متغیر استحکام تحت تاثیر سه متغیر مستقل یاد شده در معادله های 11 تا 13 آورده شده است. (سه ماده M1 ، M2 و M3 بر اساس جدول 1) نتایج بهینه سازی توسط روش DOEمشخص می‌نماید مقدار ماکزیمم استحکام در دمای 75/146 مقدار 66/794 می‌باشد.

M1:Strength=-17725 + 1/244 Temp + 9/1 Weigth – 8273/0 Temp×Temp – 003/0 Temp×Weigth  (11)

M2: Strength=-17444 + 9/243 Temp + 2/1 Weigth – 8273/0 Temp×Temp – 003/0 Temp×Weigth (12)

M3:Strength=-18495 + 7/243 Temp + 1/3 Weigth – 8273/0 Temp×Temp – 003/0 Temp×Weigth(13)

 

A                                           B

 

 

C

شکل 13- تغییرات استحکام پارچه نسبت به دمای استنتر نرم کن، وزن پارچه و درصد الیاف به صورت شکل‌ سه بعدی.

10- نتایج بهینه سازی کاسه‌انداختن

نتایج آنالیز واریانس حاصل از روش سطح پاسخ نیروی کاسه‌انداختن در (جدول 15) در مرحله استنتر خشک‌کن آورده شده است. مقدار 05/0p-value<در جدول ANOVA نشان‌دهنده اثرگذاری عامل مورد نظر بر کاسه‌انداختن پارچه می‌باشد.

جدول 15- نتایج آنالیز واریانس روش  طراحی مرکب مرکزی طرح آزمایش برای اندازه‌گیری مقدارکاسه‌انداختن پارچه تحت تاثیردمای استنتر، وزن پارچه و درصد الیاف در استنتر خشک‌کن

Source

DF

Adj SS

Adj MS

F-Value

P-Value

Model

10

551718

55172

90/219

000/0

Linear

4

518960

129740

10/517

000/0

Temp

1

4309

4309

17/17

001/0

Weigth

1

1263

1263

03/5

043/0

Marerial

2

513188

256694

10/1023

000/0

Square

1

32308

32308

77/128

000/0

Temp×Temp

1

32308

32308

77/128

000/0

2-Way Interaction

5

450

90

36/0

868/0

Temp×Weigth

1

29

29

12/0

737/0

Temp×Marerial

2

166

83

33/0

724/0

Weigth×Marerial

2

255

127

51/0

613/0

Error

13

3262

251

 

Total

23

554979

 

Coeficient

R-sq

R-sq(adj)

R-sq(pred)

S

Value

41/99%

96/98%

00/98%

8398/15

مقادیر F گزارش شده برای هر متغیر و تحلیل واریانس داده‌ها نشان می‌دهد که پارامترهای کدبندی شدهTemp  و Weigth و Material تاثیر توام عامل‌Temp تاثیرگذار بر کاسه‌انداختن پارچه در شرایط استنتر خشک‌کن هستند. همچنین تاثیر توام عامل‌های شده Weigth و Materialنیز بر کاسه‌انداختن پارچه معنادار نمی‌باشند (شکل 14). برای پیش‌بینی متغیر کاسه‌انداختن تحت تاثیر سه متغیر مستقل یاد شده معادله های 14-16 آورده شده است. (سه ماده M1 ، M2 و M3 بر اساس جدول 1) نتایج بهینه سازی توسط روش DOEمشخص می‌نماید مقدار ماکزیمم استحکام کاسه‌انداختن در دمای 96/146 مقدار 41/693 می‌باشد.

 

M1:Bagging=21961+ 3/285 Temp+ 9/7 Weigth- 9224/0 Temp×Temp- 042/0 Temp×Weigth(14)

M2: Bagging=-22428 + 0/286 Temp + 3/8 Weigth – 9224/0 Temp×Temp -042/0 Temp×Weigth (15)

M3:Bagging=-22013 + 1/286 Temp + 7/6 Weigth – 9224/0 Temp×Temp -042/0 Temp×Weigth (16) 

A                                                            B

 

C

شکل 14- تغییرات کاسه‌انداختن پارچه نسبت به دمای استنتر خشک‌کن ، وزن پارچه و درصد الیاف به صورت شکل‌ سه بعدی.

نتایج آنالیز واریانس حاصل از روش سطح پاسخ نیروی کاسه‌انداختن در (جدول 16) در مرحله استنتر فیکس آورده شده است. مقدار 05/0p-value< در جدول ANOVA نشان‌دهنده اثرگذاری عامل مورد نظر بر کاسه‌انداختن پارچه می‌باشد.

جدول 16- نتایج آنالیز واریانس روش  طراحی مرکب مرکزی طرح آزمایش برای اندازه‌گیری مقدارکاسه‌انداختن پارچه تحت تاثیردمای استنتر، وزن پارچه و درصد الیاف در استنتر فیکس

Source

DF

Adj SS

Adj MS

F-Value

P-Value

Model

10

439805

43980

38/13

000/0

Linear

4

416572

104143

68/13

000/0

Temp

1

43926

43926

36/13

003/0

Weigth

1

3285

3285

00/1

336/0

Materieal

2

369361

184681

18/56

000/0

Square

1

5426

5426

65/1

221/0

Temp×Temp

1

5426

5426

65/1

221/0

2-Way Interaction

5

17807

3561

08/1

414/0

Temp×Weigth

1

483

483

15/0

708/0

Temp×Materieal

2

17142

5871

61/2

112/0

Weigth×Materieal

2

181

91

03/0

973/0

Error

13

42737

3287

 

Total

23

482541

   

Coeficient

R-sq

R-sq(adj)

R-sq(pred)

S

Value

14/91%

33/84%

81/69%

3363/57

مقادیر F گزارش شده برای هر متغیر و تحلیل واریانس داده‌ها نشان می‌دهد که پارامترهای کدبندی شدهTemp  و Material تاثیر توام عامل‌Temp تاثیرگذار بر کاسه‌انداختن پارچه در شرایط استنتر فیکس هستند. همچنین تاثیر توام عامل‌های شده Weigth و Material نیز بر کاسه‌انداختن پارچه معنادار نمی‌باشند(شکل15). برای پیش‌بینی متغیر کاسه‌انداختن تحت تاثیر سه متغیر مستقل یاد شده در معادله‌های 17-19 آورده شده است. (سه ماده M1 ، M2 و M3 بر اساس جدول 1) نتایج بهینه سازی توسط روش DOEمشخص می‌نماید مقدار ماکزیمم استحکام کاسه‌انداختن در دمای 89/171 مقدار 80/772 می‌باشد.

M1: Bagging=-22525 +190 Temp – 9/33 Weigth – 378/0 Temp×Temp + 169/0 Temp×Weigth (17)

M2:Bagging=-15257 + 198 Temp – 2/33 Weigth – 378/1 Temp×Temp + 169/0 Temp×Weigth  (18)

M3:Bagging=-15251 + 197 Temp – 6/32 Weigth – 378/0 Temp×Temp + 169/0 Temp×Weigt (19)  

 

 

A                                                                                      B

 

 

C

شکل 15- تغییرات کاسه‌انداختن پارچه نسبت به دمای استنتر فیکس ، وزن پارچه و درصد الیاف به صورت شکل‌ سه بعدی.

نتایج آنالیز واریانس حاصل از روش سطح پاسخ نیروی کاسه‌انداختن در (جدول 17) در مرحله استنتر نرم کن آورده شده است. مقدار 05/0p-value< در جدول ANOVA نشان‌دهنده اثرگذاری عامل مورد نظر بر کاسه‌انداختن پارچه می‌باشد.

جدول 17- نتایج آنالیز واریانس روش  طراحی مرکب مرکزی طرح آزمایش برای اندازه‌گیری مقدارکاسه‌انداختن پارچه تحت تاثیردمای استنتر، وزن پارچه و درصد الیاف در استنتر نرم

Source

DF

Adj SS

Adj MS

F-Value

P-Value

Model

10

183593

3/18359

65/211

000/0

Linear

4

162122

6/40530

24/467

000/0

Temp

1

1336

0/1336

40/15

002/0

Weigth

1

608

9/607

01/7

020/0

Marerial

2

160178

2/80089

28/923

000/0

Square

1

21416

7/21415

88/246

000/0

Temp×Temp

1

21416

7/21415

88/246

000/0

2-Way Interaction

5

55

1/11

13/0

983/0

Temp×Weigth

1

6

9/5

07/0

798/0

Temp×Marerial

2

31

6/15

18/0

838/0

Weigth×Marerial

2

18

1/9

11/0

901/0

Error

13

1128

7/86

 

Total

23

184721

 

Coeficient

R-sq

R-sq(adj)

R-sq(pred)

S

Value

39/99%

92/98%

92/97%

31368/9

 

 مقادیر F گزارش شده برای هر متغیر و تحلیل واریانس داده‌ها نشان می‌دهد که پارامترهای کدبندی شدهTemp  و Weigth و Material تاثیر توام عامل‌Temp تاثیرگذار بر کاسه‌انداختن پارچه در شرایط استنتر نرم‌کن هستند. همچنین تاثیر توام عامل‌های شده Weigth و Materialنیز بر کاسه‌انداختن پارچه معنادار نمی‌باشند (شکل16). برای پیش‌بینی متغیر کاسه‌انداختن تحت تاثیر سه متغیر مستقل یاد شده در معادله‌های 20-22 آورده شده است. (سه ماده M1 ، M2 و M3 بر اساس جدول 1) نتایج بهینه سازی توسط روش DOEمشخص می‌نماید مقدار ماکزیمم استحکام کاسه‌انداختن در دمای 75/146 مقدار 10/502می‌باشد.

M1: Bagging=-14953 + 4/213 Temp – 9/1 Weigth – 7510/0Temp×Temp+ 0187/0 Temp×Weigth  (20)

M2 Bagging=-15257 + 7/213 Temp – 5/1 Weigth- 7510/0 Temp×Temp+ 0187/0 Temp×Weigth    (21)

M3:Bagging =-15251 + 8/213 Temp – 8/1 Weigth-7510/0 Temp×Temp+ 0187/0 Temp×Weigth(22)      

 

A                                                                                     B

 

C

شکل 16- تغییرات کاسه‌انداختن پارچه نسبت به دمای استنتر نرم کن ، وزن پارچه و درصد الیاف به صورت شکل‌ سه بعدی.

11-شبیه‌سازی کاسه انداختن به روش اجزاء‌محدود

جهت مدل‌سازی ساختمان تاری و پودی پارچه ابتدا لازم بود یک واحد ساختمانی بافت پارچه سرژه طراحی شود. از این رو به صورت مزو واحد تکراری پارچه با استفاده از نرم‌افزار تکس‌چن طراحی شد. این نرم‌افزار به منظور طراحی هندسه پارچه‌های تاری و پودی و حلقوی برای اولین بار در دانشگاه ناتینگهام کدنویسی شد. در نرم‌افزار تکس‌چن ابتدا نخ‌ها به صورت یک جسم تو پُر طراحی می‌شوند. روش طراحی نخ‌ها در این نرم‌افزار به صورتی است که با توجه به ورودی‌های مشخص شده توسط کاربر طراحی انجام می‌گردد. در این نرم‌افزار تعداد نخ تار و پود، فاصله میان نخ‌ها، قطر نخ و ضخامت پارچه و وضعیت رو ریزهای تاری و پودی همچنین خواص مکانیکی نخ‌ها و الیاف به سادگی مشخص می‌شود (شکل 17) سلول واحد بافت سرژه که توسط نرم افزار طراحی شده را نشان می‌دهد.

 

شکل 17- سلول واحد تشکیل دهنده در نرم‌افزار تکس‌چن

 

در این فایل ایجاد شده برای مدل مزو (ساختاری بافت) توسط نرم‌افزار تکس‌چن خواص تماسی بین الیاف به همراه هندسه مدل به نرم افزار آباکوس فراخوانی می‌شود. ویژگی‌های تماسی بین نخ‌ها از نوع معادله‌ای و به صورت خطی می‌باشد. در مدل‌سازی در ابعاد مزو نخ‌ها درون ماتریس کاملا چسبیده‌اند و لغزشی بین آنها وجود ندارد. جهت مش‌ریزی از المان‌های سه بعدی C3D8R ( C خانواده المان، 3D سه بعدی بودن المان، با تعداد 8 گره و  R انتگرال کاهش یافته) استفاده شد. ابتدا مش‌ریزی درون نرم افزار تکس‌چن انجام گردید. سپس داده‌های ایجاد شده در نرم‌افزار آباکوس از مدل مزو فراخوانی گردید. ویژگی‌های فیزیکی – مکانیکی پارچه‌ها (جدول18) در نرم‌افزار آباکوس با توجه به شرایط هر نمونه انتقال داده شد.

جدول18- خواص مکانیکی مدل مزو  ماکرو

خواص مدل ماکرو

خواص مدل مزو

شرایط مکانیکی

54/54

78

مدول یانگ

33/0

3/0

ضریب پواسون

136000000

1077100000

 ظرفیت گرمای ویژه

0089/0

K11(1)=067/1

 

ضریب انتقال حرارت

 

K22(2)=0023/0

 

 

K33(3)=0023/0

 

 

 

 

 

  • در راستای x (2)در راستای y    (3)در راستای z

در تحقیق انجام شده برای ایجاد تغییر فرم چند جهته از طریق نرم‌افزار آباکوس شبیه‌سازی کاسه‌انداختن پارچه انجام گردید. برای اعمال خواص از طریق مشاهدات میکروسکوپی نمونه‌ها و خصوصیات ابعادی ساختار نخ و پارچه مانند: قطر (قطر بزرگ و کوچک نخ )، مدول الاستیسیته، ضریب پواسون و ضریب اصطکاک نخ‌ها (مقدار مدول الاستیسیته، ضریب پواسون و ضریب اصطکاک برای لیف پشم) استفاده شده است. در ادامه طراحی مدل مزو به مدل ماکرو تبدیل گردید (شکل18) مدل طراحی شده به ابعاد ماکرو  تبدیل گردید جهت اعمال شرایط مرزی تمام درجات آزادی دو سمت پارچه ( جهتی که توسط فک های دستگاه کاسه‌انداختن گرفته می‌شود) محدود گردید و دو سمت دیگر اجازه جابه جایی در راستای YوX اجازه داده شد. به منظور مش‌ریزی بر روی پارچه از المان های  C3D8R استفاده گردید.

 

شکل18- الگوریتم بارگذاری

پس از آن آزمون کاسه‌انداختن بر روی مدل ماکرو صورت گرفت. در (شکل 20-19) کانتورهای تنش فون میسز در مدل ماکرو و میکرو که از (رابطه 23) زیر محاسبه می‌شود مشاهده می‌گردد.

                               (23)   

 11 تنش در راستای x     22 تنش در راستای y     33 تنش در راستای z

 

شکل 19- کانتور تنش مون میسز مدل مزو

 

 

شکل 20- کانتور تنش مدل فون میسز مدل ماکرو

 

شکل 21-نتیجه آزمایش شبیه‌سازی

12-پیش‌بینی نتایج آزمایش کاسه‌انداختن در شرایط استنتر

در بررسی ارتباط میان نیروی آزمایشی توسط آزمایش کاسه‌انداختن در آزمایشگاه ابتدا به این موضوع توجه گردید که حداکثر جابجایی اعمال شده در فک متحرک فوقانی به مقدار 20میلیمتر در نظر گرفته شده است. در مدل‌سازی توسط نرم افزار آباکوس با توجه به ابعاد نمونه این تغییر فرم نیز همین مقدار در نظر گرفته شده است. تا شرایط یکسانی برای دو طرح آزمایشی صورت گرفته باشد. بعد از مدل‌سازی با استفاده از نرم افزار آباکوس نتایج مقادیر نیروی جابجائی کاسه‌انداختن همانند (شکل22) توسط نرم‌افزار SPSS26 ارتباط سنجی شد. مقادیر آزمایشی و تجربی به عنوان متغیرهای مستقل و وابسته به صورت رگرسیون خطی مورد بررسی قرار گرفت. معادله رگرسیون مشخص نمود این دو مقدار آزمایشی برای نمونه های مختلف آزمایشی بر اساس (جدول19) با مقدار(001/0 sig.<) دارای ضریب تعیینR2=0/95)  ( می‌باشند که نشان دهنده ارتباط بالای مدل پیش بینی با توجه به شرایط خاص استنتر و مدل صورت گرفته است. نتایج آن در (جدول 20) آورده شده است. پس می‌توان اطمینان حاصل نمود رفتار کاسه‌انداختن در شرایط شبیه‌سازی استنتر قابل پیش بینی می‌باشد.

جدول 19- نتایج مدل رگرسیون بین شرایط آزمایشی و شبیه‌سازی المان محدود کاسه‌انداختن در استنتر

Durbin-Watson

Std. Error of the Estimate

Adjusted R Square

R Square

R

Model

478/2

68682/18

975/0

980/0

900/0 a

1

 

جدول20-آنالیز واریانس رگرسیون

Sig.

F

Mean Square

df

Sum of Squares

Model

000/0b

214/192

710/67120

1

710/67120

Regression

 

 

197/349

4

790/1396

Residual

 

 

 

5

500/68517

Total

  1. Dependent Variable: E
  2. Predictors: (Constant), B

 

 

شکل 22- نمودار رگرسیون میان مقادیر آزمایشی و شبیه‌سازی المان محدود کاسه‌انداختن

 

13-نتیجه گیری

فرآیند استنتر یکی از پرهزینه ترین ماشین‌آلات چه به لحاظ سرمایه ثابت و چه به لحاظ سرمایه متغیر می‌باشد و بیشترین تاثیر را بر قیمت تمام شده کالا خواهد داشت از این‌رو توجه به کاهش هزینه و بهینه‌سازی سریع خواص در این ماشین که به عنوان قلب تکمیل محسوب می‌شود امری اجتناب‌ناپذیر است از این‌رو در تحقیق حاضر با استفاده از روش سطح پاسخ اقدام به بهینه‌سازی خواص مکانیکی و فیزیکی پارچه گردید که شرایط بهینه در مواد A، دما استنتر خشک‌کن 96/146 ، بیشترین مقدار کاسه‌انداختن 41/693 و بیشترین مقدار استحکام 78/852 ، در مواد A، دما در استنتر فیکس 89/171 و بیشترین مقدار کاسه‌انداختن 80/772 و بیشترین مقدار استحکام 2/699 و در مواد A، دما در استنتر نرم‌کن 75/146 و بیشترین مقدار کاسه‌انداختن 10/502 و بیشترین مقدار استحکام 66/794 می‌باشد برای شبیه‌سازی غیر آزمایشگاهی نیز از روش المان‌محدود با استفاده از المان پوسته و اعمال شرایط بر اساس نوع ماده و دمای مناسب گردید که نتایج نشان داد ارتباط بسیار بالائی برای استفاده در پیش‌بینی خواص استنتر دارد از این‌رو می‌توان به دو صورت آزمایشگاهی و روش‌های حل عددی اقدام برای بهینه‌سازی استنتر نمود.

 

1- Stenter

[2] -bending

[3] - Crease Recovery Angel

[4] - Air Permeability

-10Strength

[6] -Bagging deformation

[7] -Surface Design  Response  

  1.  

    References

    1.Kim, H., A., Kim, S., J., Mechanical properties of worsted fabrics for emotional garment to the rapier loom characteristics, Fibers Polym., 2163 ,14, 2013.

    2.Bona, m., An Introdaction to wool fabric finishing, Textile Insti,. 1994-224.

    3.Behera, B., K., Rajesh, M., Artificial neural network‐based prediction of aesthetic and functional properties of worsted suiting fabrics,  R. Int. J. Cloth. Sci. Tech.,19,259,2007.

    4.Fan, J., Hunter, L., A worsted fabric expert system: part i: system development, Textile Res. J., 68, 680, 1998.

    5.Kang, T., J., Kim, M., S., Effects of silicone treatments on the dimensional properties of wool fabric, Textile Res. J., 71,295, 2001.

    6.Eryuruk, S., H., Bahadir, S., K., Saricam, C., Kalaoglu, F., The effects of finishing processes on the dynamic drape of wool fabrics, Int., J., Cloth., Sci., Tech., 31, 195, 2019.

    1. hitfield, R., E., Miller, L., A., Wasley, W., L., Wool fabric stabilization by interfacial polymerization. part i: polyamides, Textile Res., J., 31, 704-712,1961.
    2. Tahvildar, A., Ezazshahabi, N., Mousazadegan, F., J., Appearance and comfort properties considering yarn-spinning system and weave structure in worsted woven fabrics, Eng., Fiber Fabric, 14, 2019.

    9.Luyi, C., jiangang, C., Xin, H., R., Suxin, X., Yiqi, Y., Bijia, W., Characterization of dimethyl sulfoxide-treated wool and enhancement of reactive wool dyeing in non-aqueous medium, Textile Res., J., 86, 533-542, 2015.

    10.Cottle, D., J., Baxter, B., P., Wool metrology research and development to date, Textile Prog., 47, 165-315 2015.

    11.Akyol, U., Akan, A., E., Durak, A., Simulation and thermodynamic analysis of a hot-air textile drying process, J., Textile, Ins., 106, 260-274, 2014.

    12.Liao, Q., Brady, P., R., A Study on dimensional properties of wool fabric treated at 120°C, Textile Res. J., 80, 1958-1964, 2010.

    13.Hamdani, S., Potluri, P., Fernando, A., Thermo-mechanical behavior of textile heating fabric based on silver coated polymeric yarn,  Materials, 6, 1072-1089, 2013.

    14.Minming, Gu., Study on optimum temperature value setting for the heat-setting process based on PSO,  IOP conf, series: earth and environmental science, 69, 2017.

    15.Dixit, A., Mali, H., Modeling techniques for predicting the mechanical properties of woven-fabric textile composites: a Review Mech Compos Mater, 49, 1-2, 2013.

    16.Martins-Filho, L., S., Santana, A., C., Duarte, R., O., Junior, G., A., Computational and numerical simulations, Jan Awrejcewicz, IntechOpen.

    17.Fazilat, H., D., Meakin, J., Aspden, R., Statistical methods in finite element analysis  J. biomech, 35, 1153, 2002.

    18.Xie, H., Li, Z., Qiao, Z., A., Int., J., Numer Anal Mod., 8, 189, 2011.

    19.Xu, H., Y., Jiang, J., Chen, N., L., Lin, F., Shao, H., Fibres Text., East Eur., 26, 49, 2018.

    20.Sharma, S., B., Sutcliffe, M., P., F., A Simplified finite element model for draping of woven material,  Composites: Part A : applied Science and Manufacturing, 35, 637-643, 2004.

    21.Chichani, S., Guha, A., J., A Method of modeling fabric shear using finite element analysis,J., Inst., Eng., India Ser., E., 96, 1-7, 2015.

    22.Sun, B., Wang, Y., Wang, P., Hu, H., Gu, B., Investigations of puncture behaviors of woven fabrics from finite element analyses and experimental tests, Textill  Res., J.,81, 922, 2011.

    23.Wang, P., Ma, Q., Sun, B., Hu, H., Gu, B., Finite element modeling of woven fabric tearing damage,  Textile Res., J., 81, 1273, 2011.

    24.Lin, H., Clifford, M., J., Long, A., C., Lee, K., Guo, N., A Finite element approach to the modelling of fabric mechanics and its application to virtual fabric design and testing,  J., Tex., Ins., 103,1-14, 2012.

    25.Abghary, M., J., Nedoushan, R., J., Hasani, H., Simulation of the spherical deformation of biaxial weft-knitted fabrics using meso and macro models, Fibers Polym., 17, 1702-1708, 2016.

    26.Lin, H., Clifford, M., J., Long, A., C., Sherburn, M., Mater., A finite element approach to the modelling of fabric mechanics and its application to virtual fabric design and testing Sci., Eng., 17, 1, 2009.

    27.Abghari, r., Najar, S., Hagpanahi, M., Latifi, M., Contributions of in-plane fabric tensile properties in woven fabric bagging behaviour using a new developed test method, Inter., J., lothing Sci., Tech., 16, 418-433, 2004.

    28.Zhang, X., Yeung, K., W., Yao, M., & Li, Y., Factors Influencing Bagging Behavior of Woven Fabrics, in “Proc. The 4th Asian Textile Conference., 512-517,1997.

    29.Zhang,  X., Dhingra, R., C., & Miao, M., Garment Bagging, Textile Asia., 1, 50-52, 1997.

    30.Zhang, X., Li, Y., Yeung, K., W., Fabric Bagging, Part I : Subjective Perception and Psychophysical Mechanism, Textile Res., J., 69, 511-518, 1999.

    31.Zhang, X., Li, Y., Yeung, K., W., Fabric Bagging, Part II : Objective Evaluation and Physical Mechanism, Textile Res., J., 69,598-606, 1999.

    32.Zhang, X., Li, Y., Yeung, K., W., Mathematical Simulation of Fabric Bagging, Textile Res., J.,70, 18-28, 2000.

    33.Zhang, X., Li, Y., Yeung, K., W., Viscoelastic Behavior of Fibers During Woven Fabric Bagging, Textile Res., J., 70, 751-757,2000.

    34.Kisiliak D., A New Method of Evaluating Spherical Fabric Deformation, Textile Res., J.,69,908-913,1999.

    1. Zhang. X., Li, Y., Yeung, K., W., Miao, M., Yao, M., Fabric –Bagging : Stress Disribution in Isotropic and Anisotropic Fabrics, J., Text., Inst., 4, 2000.

    36.Zhang, X., Li, Y., Yeung, K., W., Miao, M., Yao, M., Relative Contribution of Elasticity and Viscoelasticity of Fibres and Inter-fibre Friction in Bagging of Woven Wool Fabrics, J., Text., Inst., 4,91,2000.

    37.Zienkiewicz, O., C., Taylor, R., L., The Finite Element Method, Volume 1: Basic Formulation and Linear Problems, 4rd ed.,  McGraw-Hill Book Company, 1989.

    1. Zienkiewicz, O.,C., Taylor, R., L., The Finite Element Method, Volume 2: Solid Mechanics, 5rd ed., Butterworth-Heinemann, 2000.

    39.Cook. R., D., Cook, D.,S.  Malkus, and M.E. Plesha, Concepts and Applications of Finite Element Analysis, 3rd ed., John Willy & Sons, 1989.

    40.Talebi, S., Chaibakhsh, N., Moradi-Sh., Z., Optimization of Photodegradation of Acid Blue 113 Dye on Anatase TiO2 Nanocatalyst Using Response Surface Methodology, J., Enviro. Health Eng., 2, 1395.

    41.Chaibakhsh, N., Ahmadi, N., Zanjanchi, M.,A., Optimization of photocatalytic degradation of neutral red dye using TiO2 nanocatalyst via Box-Behnken design. Desal. Water Treat., 57, 9296-9306, 2016.

    42.Wani, TA., Ahmad, A., Zargar, S., Khalil, NY., Darwish IA. Use of response surface methodology for development of new microwell-based spectrophotometric method for determination of atorvastatin calcium in tablets. Chem., Centr., J., 6,134-1343, 2012.

    43.Ahmadyar, N., Kazemiyan, A., Iranpor, M.,Application of response surface method in optimizing waterproofing of polyester and cotton fabrics, J., Text., Sci., Tech., 1,11-22,1397.

    44.Ghodrati, S., Moussavi, Gh.,  The optimization of electrocoagulation process for treatment of the textile wastewater by Response surface Methodology (RSM), Iran. J. Health & Environ.,7, 2014.

    45.Arbabi, M., Mayahi, B.,Moghadam, M., Sedehi, M., Hemati, S., Removal of acid bleu 113 by UV/H2O2/Fe3O4 process: optimization of treatment conditions using experimental design, J. Shahrekord Uni. Medical Sci., 19, 13-25, 2017.

    46. Haji, A., Arefi, N.,  Aplication of response surface methodology in optimization of wool dyeing with citruse aurantium leaves as a natural day, J., Apparel tex., Sci., tech., 9 ,5-13, 2019.