針刺土工織物垂直滲透率理論研究.pdf

1、針刺土工布是經(jīng)過機(jī)械梳理或者氣流形成纖維薄網(wǎng)，再經(jīng)過雜亂或定向鋪置，最后用針刺機(jī)刺針纏結(jié)的方法加固成的紡織品，因此在建立針刺土工布的滲透率模型時不僅需要考慮分布于織物平面方向的纖維，還要考慮被針刺纏結(jié)而在垂直織物平面方向上分布的纖維。本文建立了三種模型預(yù)測針刺土工布滲透率，分別是：基于分形理論的滲透率模型、基于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論的滲透率模型和基于阻力理論的滲透率模型，實(shí)測了不同規(guī)格針刺土工布的滲透率，并將各模型的預(yù)測值與實(shí)測值及現(xiàn)有模型預(yù)測值

2、進(jìn)行對比，分析各模型產(chǎn)生誤差的原因和適用條件。
　　 基于分形理論的滲透率模型利用圖像處理技術(shù)獲得織物表面的有效孔隙率、彎曲分形維數(shù)、表面分形維數(shù)，再根據(jù)毛細(xì)管流體理論推導(dǎo)出滲透率公式。該模型在試樣厚度較低時的預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值較接近，但因?yàn)榉中卫碚撝荒軐椢锉砻娴目紫斗植记闆r進(jìn)行分析，而且由于圖像處理中諸如景深、分辨率、二值化等技術(shù)上的局限也使該模型產(chǎn)生誤差，因此該模型適用于低厚度的針刺土工布滲透率預(yù)測。
　　 基于隨機(jī)網(wǎng)

3、絡(luò)理論的滲透率模型假設(shè)表層的纖維網(wǎng)交錯形成的孔隙分布符合Poisson Polyhedron概率分布，并且織物內(nèi)的孔隙為平行排列的不同直徑曲折毛細(xì)管道。本文將分形理論中的彎曲分形維數(shù)應(yīng)用到隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論中，將織物看成整體，同時用圖像處理技術(shù)直接得出織物表面的參數(shù)，而不是將織物假設(shè)成層層纖維網(wǎng)疊加而成的結(jié)構(gòu)，因此改進(jìn)后的模型優(yōu)于單純使用孔隙概率分布函數(shù)的模型。用該模型預(yù)測的針刺土工布滲透率值在低厚度時與實(shí)驗(yàn)值符合較好，但是因?yàn)樵撃Ｐ椭豢紤]織

4、物表面的孔隙分布，忽略了針刺土工布深層的孔隙分布變化，因此當(dāng)織物厚度大時會使誤差變大。所以該模型適合薄層的針刺土工布。
　　 基于阻力理論的滲透率模型以N.Mao and S.J.Russell的模型為基礎(chǔ)加以改進(jìn)，模型中假設(shè)單位體積內(nèi)的纖維在織物平面上呈各向同性分布，在垂直織物平面方向上圍繞針孔呈開啟式堆砌排列。模型預(yù)測值比實(shí)驗(yàn)值略高，原因在于水流在Z向的纖維受到的阻力小于平行分布于織物表面的纖維所受阻力，模型假設(shè)纖維的分布不

5、是平行于織物表面就是垂直于織物表面排列，而在實(shí)際情況中纖維并不是完全垂直織物平面，因此水流在實(shí)際情況中所受的阻力大于模型假設(shè)的情況所受阻力。但是基于阻力理論的模型在厚度大時實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測值符合得較好，因此該模型適合于預(yù)測厚度大的針刺土工布滲透率。
　　 本課題的創(chuàng)新之處在于：1、在建立基于分形理論的滲透率模型時，優(yōu)化了圖像處理程序，使程序能自動判斷選取二值化閾值；2、建立基于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論的滲透率模型時，將應(yīng)用Poisson Pol

6、yhedron概率分布而建立的織物孔隙結(jié)構(gòu)與用圖像處理技術(shù)直接獲得的織物表面孔隙形態(tài)結(jié)合起來，利用更多的織物信息，從而使模型更接近實(shí)際情況；3、在建立基于阻力理論的滲透率模型時，構(gòu)建出針刺非織物垂直于織物平面分布的纖維的排列方式，為利用阻力理論研究針刺非織物滲透率提供了一個較合理的模型。
　　 本文為預(yù)測針刺土工布的滲透率提供了許多實(shí)用的模型，使土工織物在應(yīng)用于排水過濾系統(tǒng)中免去復(fù)雜耗時的實(shí)驗(yàn)室檢測，能快速、便捷、準(zhǔn)確、有效地預(yù)