بررسی و مدلسازی رفتار پارچه های اسپیسر در برابر ضربه

پارچه های سه بعدی در سال های اخیر، توجهات زیادی را به خود معطوف کرده اند و در صنایع مختلفی کاربرد دارند. بنابراین، مطالعه خصوصیات فیزیکی و رفتار مکانیکی این پارچه ها حائز اهمیت است. یکی از مهم ترین ویژگی های پارچه های اسپیسر، خاصیت ارتجاعی آن ها است که باعث قابلیت جذب انرژی توسط این نوع منسوجات در ضربات ناگهانی می شود. بنابراین، یکی از مهم ترین موارد کاربرد چنین منسوجاتی، استفاده از آن ها به عنوان ضربه گیر در کاربردهای مختلف می باشد امروزه، مدلسازی رابطه بین پارامترهای ساختاری و خصوصیات سازه های نساجی و همچنین پیش بینی خصوصیات آن ها با استفاده از این مدل ها مورد توجه متخصصین بسیاری قرار گرفته است. در این تحقیق، با توجه به اهمیت رفتار پارچه های سه بعدی در مقابل نیروهای ضربه ای در کاربرد این منسوجات در صنایع گوناگون، مدلی برای پیش بینی چگونگی جذب نیروی ناشی از ضربه توسط این نوع پارچه ها ارائه شد. با توجه به خاصیت فنری پارچه های اسپیسر، مدل مکانیکی متشکل از مجموعه ای جرم و فنر، به منظور مطالعه رفتار ارتعاشی لایه های اسپیسر هنگام ضربه، به کار گرفته شده است. چون در یک سیستم مکانیکی به علت اصطکاک که معمولاً از مقاومت هوا یا نیروهای داخلی سرچشمه می گیرد، میرایی به وجود می آید، یک وسیله مکانیکی به نام کمک فنر برای ایجاد میرایی به سیستم فوق افزوده گردید. مطالعه ارتعاشات با مدلسازی ریاضی سیستم های ارتعاشی انجام می شود و مدلسازی ریاضی مسائل ارتعاشات منجر به معادلات دیفرانسیل خطی با ضرایب ثابت می شود. در مدل بکار گرفته شده برای لایه های اسپیسر، ثابت های جرم، سختی پارچه (k ) و ثابت میرایی ( c )، مطرح شده اند. با حل معادلات بدست آمده، جابه جایی سیستم به عنوان یک متغیر وابسته به صورت تابعی از متغیر مستقل زمان بدست آمده است که بیانگر رفتار مکانیکی سیستم است. نهایتاً با بکارگیری قانون دوم نیوتن، نیروی حاصل از ضربه به صورت تابعی از زمان محاسبه شده است. مدل ریاضی تنها یک تقریب از سیستم فیزیکی واقعی است و ممکن است رفتار سیستم واقعی تا اندازه ای متفاوت از پیش بینی باشد که از مدلسازی بدست می آید. بنابراین، به منظور بررسی رفتار واقعی سیستم و مقایسه آن با نتایج حاصل از مدلسازی، آزمایش های تجربی انجام شد. برای این منظور، با اعمال ضربه به لایه ها توسط، چگونگی جذب نیروی حاصل از ضربه در طول زمان توسط سلول بار دستگاه طراحی شده در این تحقیق، ثبت و به صورت نمودارهای نیرو- زمان توسط سیستم کامپیوتری دستگاه مذکور ترسیم شد. با گسترش مدل ارائه شده برای لایه های اسپیسر منفرد، روشی برای پیش بینی رفتار لایه های مرکب از چند پارچه اسپیسر در جذب نیروی ناشی از ضربه نیز ارائه گردید. همچنین، به جهت بررسی تأثیر پارامترهایی چون فاصله بین دو لایه زمینه، ظرافت و تراکم مونوفیلامنت های میانی بر رفتار این نوع پارچه ها در مقابل ضربه، نمونه هایی با مونوفیلامنت های رابطی که در پارامترهای فیزیکی مذکور با یکدیگر تفاوت داشتند، به منظور مشابه سازی با پارچه های اسپیسر واقعی تهیه شدند. مقایسه نتایج حاصل از آزمایش ضربه بر روی این نمونه های مشابه سازی شده بیانگر افزایش نیروی وارد به جسم برخورد کننده با این لایه ها با کاهش ظرافت و ارتفاع مونوفیلامنت های میانی و افزایش تراکم آن ها می باشد. نتایج حاصل از مدلسازی، سازگاری بسیار خوبی با نمودارهای نیرو- زمان بدست آمده از آزمایش های ضربه بر روی نمونه های تک لایه و مرکب نشان داد و آزمون های آماری انجام شده بیانگر عدم وجود اختلاف معنی دار بین نتایج تئوری و تجربی با ضریب اطمینان 95% می باشد. با توجه به نتایج بدست آمده برای نمونه های چند لایه، می توان بهترین ترکیب در چیدمان لایه های مرکب، به منظور اعمال نیروی کمتر به جسم برخورد کننده با این لایه ها را بدست آورد.