Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Tavanai,Abbas Ghaei
حسین توانایی (استاد مشاور) عباس قائی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Davoud Shams
داود شمس

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Simulation of Polymeric Fiber Crimping in Textile Stuffer Box
Stuffer boxes are commonly used to texture the synthetic fibers in the textile industry. Crimping of fibers improves their insulation performance and comfort properties. The stuffer box works on the basis of compressing fibers in its box. In this study, the buckling behavior of fibers in stuffer box was investigated. In order to model the primary crimp, a single fiber was modeled using Euler-Bernoulli’s beam theory and the governing equation was derived by making use of some simplifying assumptions. The governing equation which is a nonlinear differential equation was solved using the approximated Galerkin method. In addition, the problem was simulated using ABAQUS finite element code and its results were compared with those obtained from the other solution method. The results showed that all methods predict the same buckling critical load. Two dimensional parameters x and y which represent half the wave length and wave amplitude respectively, were measured. Profile picture with an accuracy of 0.1 micrometer manufactured by Motic Company was used to measure the dimensions. This measurement was repeated three times for a crimped fiber and all its waves were measured. Then, the average of measurements were calculated to be compared with the simulation results. Crimp form predicted by the Galerkin method was compared with the experimentally measured dimensions. Simulation results of Galerkin method showed that the free-free beam model correlates with experiment better than the fixed-fixed beam model. In the Galerkin solution method, the material was assumed to be elastic. However, in practice, due to the high temperature chamber and low flow stress of the material, the fibers deform permanently. So, an elastoplastic material model was used in the simulations in order to improve the results. Finally, the fiber zig-zag form after passing through the pair of rollers of stuffer box was simulated using ABAQUS commercial finite element package with the purpose of predicting the secondary crimps of the fibers. The simulation results were compared with the mean wavelength of fiber. The comparison showed that the simulation results were in agreement with the experiment. After validating the results, the effect of various process parameters was studied on the crimp form. The weight of fiber, radius and speed of rollers on the wavelengths were investigated. Also, the friction between the fiber and the chamber geometry were considered. The effect of roller speed on the results was negligible and by decreasing the radius of the rollers, the wavelength was increased. An increase in the friction between the chamber geometry and fiber was shown the wavelength of the fiber to reduce. The results also showed that the back pressure had a significant effect on the results. Finally, the results showed that the elastoplastic model had a significant effect on the simulation results. Keywords: Stuffer box, Crimp, Galerkin finite element method, Elastic beam, Post-buckling.
جعبه های تراکمی متداولترین وسیله جهت تجعد بخشیدن به الیاف مصنوعی (تکسچرایزینگ) می باشد. موج دار ساختن الیاف خواص پوشش و راحتی به آن ها می بخشد. اساس کار جعبه های تراکمی فشرده سازی توده الیاف در محفظه این جعبه می باشد. در این پایان نامه رفتار کمانشی الیاف در جعبه تراکمی نساجی بررسی شده است. به منظور مدل کردن تجعد اولیه، یک لیف با استفاده از تئوری تیر الاستیک اویلر-برنولی مدل شده است. سپس با در نظر گرفتن فرضیاتی برای ساده سازی مسئله معادله حاکم بر آن استخراج شده است. این معادله غیرخطی یک بار با روش عددی رانگ-کوتا مرتبه4 و بار دیگر با روش تقریبی گالرکین حل شده است. همچنین مسئله با استفاده از نرم افزار اجزای محدود آباکوس شبیه سازی شده و نتایج آن با روش های قبلی مقایسه شده است. نمودارهای نیرو-تغییرشکل تیر با شرایط مرزی دو سر مفصل و دو سر گیردار با استفاده از روش های عددی رانگ-کوتا و حل تقریبی گالرکین رسم شده و با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که روش های عددی و حل آباکوس بار بحرانی کمانش یکسانی را به دست آورده اند. دو پارامتر x و y که به ترتیب بیان کننده نصف طول موج و ارتفاع موج لیف مجعد می باشند، اندازه گیری شده است. برای اندازه گیری این ابعاد از نمایه نگار ساخت شرکت Motic استفاده شد. این اندازه گیری برای سه لیف از نمونه، سه مرتبه تکرار شده است و ابعاد تمامی تجعدهای آن برای به دست آوردن میانگین مناسب و در نهایت مقایسه نتایج شبیه سازی با آن اندازه گرفته شده است. نتایج شبیه سازی روش گالرکین نشان داد که مدل تیر دو سر مفصل نسبت به مدل دو سر گیردار آن انطباق بهتری با شکل لیف مجعد دارد. همچنین مدل تیر دو سر مفصل بدون اثر وزن بهترین انطباق را داشته است. تا این جا جهت ساده سازی ماده به صورت الاستیک فرض شده است. در عمل به دلیل دمای بالا محفظه و سیلان ماده یک تغییر شکل دائمی در الیاف به وجود می آید. لذا در ادامه، جهت بهبود مدل های پیشین، ماده به صورت الاستو-پلاستیک فرض شده است. در نهایت فرم زیگ-زاگ لیف پس از عبور از میان جفت غلتک های جعبه تراکمی با شبیه سازی فرایند در نرم افزار اجزای محدود آباکوس با هدف پیش بینی شکل تجعد ثانویه الیاف انجام شده است. نتایج شبیه سازی با میانگین طول موج لیف مقایسه شده است و این مقایسه نشان داد که نتایج شبیه سازی با تجربی انطباق دارد. بعد از اعتبار سنجی نتایج، اثر پارامترهای مختلف فرایند بر شکل تجعد لیف مطالعه شده است. اثر وزن لیف، شعاع و سرعت غلتک ها بر طول موج لیف بررسی شده است. همچنین اصطکاک بین لیف و هندسه محفظه در نظر گرفته شده است. با افزایش این اصطکاک طول موج تجعد کاهش پیدا کرده است. با کاهش شعاع غلتک ها طول موج تجعد ثانویه افزایش یافته است و نشان داده شد که اثر سرعت غلتک ها بر طول موج تجعد ناچیز است. نتایج نشان داد که فشار پشتی و در نظر گرفتن ماده به صورت الاستو-پلاستیک اثر قابل توجهی بر نتایج شبیه سازی دارد. کلمات کلیدی: 1- جعبه تراکمی 2- تجعد 3- روش المان محدود گالرکین 4- تیر الاستیک 5- فراکمانش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی