1. Rozbor rázového namáhání 3D textilních výrobků a jeho vliv na deformaci šitého spoje

7

Obsah

Úvod ... 10

1. Rozbor rázového namáhání 3D textilních výrobků a jeho vliv na deformaci šitého spoje ... 11

1.1 Způsob působení sil na 3-D textilní výrobky ... 11

1.1.1 Způsob působení síly při namáhání ... 11

1.2 Mechanický ráz ... 12

1.2.1 Rozdíl mezi statickým působením sil a rázovým působením sil ... 14

1.3 Vliv působení sil ... 14

2. Deformace textilie a švu ... 15

2.1 Deformace textilie ... 15

2.2 Deformace švu ... 16

2.2.1 Podélná roztažnost švu ... 17

2.2.2 Příčná pevnost švu ... 18

3. Metody sledování a vyhodnocování deformace ... 21

3.1 Optické metody ... 21

3.2 Snímače polohy ... 22

3.3 Metody sledování deformace u textilních výrobků ... 25

3.3.1 Obrazcová metoda ... 25

3.3.2 Dynamometr ... 26

3.3.3 Obrazová analýza ... 31

3.4 Metoda zvolená pro stanovení deformace při rázovém namáhání ... 36

3.4.1 Vysokorychlostní kamera ... 36

3.4.2 Výpočet relativního prodloužení pomocí optické metody ... 37

4. Experimentální část ... 40

4.1 Experimentální stanovení pevnosti švu ... 40

4.2 Příprava vzorků ... 41

4.2.1 Příprava materiálu ... 41

4.3 Měření deformace při rázovém namáhání ... 45

4.3.1 Přístroj pro měření rázové deformace a pevnosti ... 45

8

4.3.2 Postup měření ... 46

4.4 Měření deformace při quasistatickém namáhání ... 46

4.4.1 Přístroj pro měření ... 46

4.4.2 Postup měření ... 47

4.5 Naměřené hodnoty ... 47

4.5.1 Rázové namáhání ... 47

4.5.2 Quasistatické namáhání ... 49

5. Vyhodnocení výsledků ... 51

Závěr………...54

Pouţitá literatura a jiné zdroje………...……..55

9 Seznam pouţitých zkratek

l …konečná délka po natažení [mm]

lo …počáteční (původní) délka materiálu [mm]

Δl …prodloužení [mm]

ΔL …absolutní prodloužení [mm]

L ...upínací délka vzorku [mm]

Ft …pevnost textilie [N]

Fš …příčná pevnost švu [N]

ε…relativní prodloužení

10

Úvod

Textilní výrobky jsou při užívání namáhány silami, které mohou působit různými směry a vyvolávají napětí na různých částech výrobku. Zejména u technické konfekce dochází k rozmanitějšímu způsobu namáhání. Příčinou toho je, že jsou výrobky využívány v nejrůznějších oblastech a v nepřeberném množství. Odezvou na namáhání, způsobené silovými účinky je deformace, která může přejít do destrukce. Nejkritičtější místo, které je na deformaci náchylné, je šev. Zde došlo nejdříve k porušení materiálu oddělováním a následně ke spojení materiálů spojovacím procesem.

Pomocí zkoušek, které jsou na výrobcích prováděny, může výrobce zajistit vysokou kvalitu. Někdy na tom závisí i naše životy. Provádějí se, aby ukázaly, jak je výrobek namáhán. Pokud dochází k pozvolnému zatížení bez rázu, mluvíme o statické zkoušce. Při quasistatické zkoušce dochází k postupnému zvětšování zatížení. Jestli síla působí rázově, jde o dynamické zkoušky rázové.

V první části se práce zabývá rozborem rázového namáhání u 3D textilních výrobků. Dále průzkumem a zvolení vhodné metody pro sledování deformace. Hlavním cílem je měření roztažnosti u vybraných typů spojů, při působení rázového a quasistatického namáhání, výpočet relativního prodloužení při tomto namáhání a následné vyhodnocení rozdílnosti deformace při rázovém namáhání.

11

1. Rozbor rázového namáhání 3D textilních výrobků a jeho vliv na deformaci šitého spoje

1.1 Způsob působení sil na 3-D textilní výrobky

1-D (nit) → 2-D (plošná textilie) → 3-D (výrobek)

Síly mohou působit různými směry a budou vyvolávat napětí na různých místech výrobku. Nejkritičtější místo bude spoj - tedy místo, kde došlo k záměrnému porušení materiálu a jeho následnému spojení se stejným či jiným materiálem. Popřípadě s více materiály různými technologiemi.

1.1.1 Způsob působení síly při namáhání

Působící síly můžeme rozdělit:

a) dle opakovatelnosti

- jednorázově – maximálně do destrukce materiálu se švem

- opakovaně (cyklicky) - únava materiálu (švu)

b) podle orientace působící síly

- tlakem - autopotahy, podlážky stanů, spací pytle, čalounění nábytku, pedušky na židle, obuv, atd.

- tahem – padáky, bezpečnostní pásy, lehátka, autoplachty, řemeny, vaky, deštníky, slunečníky, oděvy, haly, atd.

- ohybem - tašky, stany, pouzdra, deštníky, peněženky, oděvy, atd.

- krutem - ždímání

- smykem - výrobky při diagonálním a víceosém namáhání

12 c) podle rychlosti působících sil

- staticky - horkovzdušné balony, nafukovací čluny, nafukovací haly, atd.

- dynamicky - airbagy, padáky, neprůstřelné vesty, bezpečnostní pásy, vaky

d) podle směru působících sil

- působení v jednom směru - řemeny, bezpečnostní pásy, popruhy, atd.

- působení ve více směrech - padáky, airbagy, hadice, haly, pytle, vaky, oděvní výrobky, atd.

Materiál, podle směru působících sil, má v různých směrech odlišné vlastnosti.

1.2 Mechanický ráz

Mechanický ráz můžeme definovat jako jev, při kterém dochází téměř k okamžité změně pohybu, změně velikosti a směru rychlosti hmotných bodů soustavy a to v krátkém čase při působení velkých vnějších sil, které vznikají v místě dotyku těles.

Ráz obecně vzniká při srážce či rozpadu těles, pokud na sebe tato tělesa působí prudkými nárazovými silami a pokud brání jedno těleso druhému v pohybu – tělesa si překážejí nebo je nějakým způsobem omezen jejich pohyb (těleso je upevněno, či pevně spojeno s jiným tělesem,…).

Jestliže se tělesa pohybují relativním pohybem proti sobě (obr. 1a), působí na sebe tlakovými silami. Nastává srážka, případně odraz těles. Jestliže na sebe dvě vzájemně spojená tělesa (dvě části jednoho tělesa) působí tahovou silou, pohybují se relativním pohybem od sebe (obr. 1b). Nastává rozpad. U textilních materiálů a spojů se jedná o tahové namáhání.

13

vektory rychlosti jsou

orientované proti sobě

2

1 v

v  

10 v

2 0 v

1 0 F

a) b)

Obr. 1 Schematické znázornění působení těles při rázu [2]

Ráz probíhá v krátkém čase a za působení nárazových sil vysokých hodnot.

Nárazová síla při rázu roste prudce od nuly ke svému maximu a opět klesá na nulu.

Rázová pevnost spoje je vlastnost, která vyjadřuje odolnost spojeného textilního materiálu vůči vnějším silám působícím náhle. Pevnost spoje může být za jistých okolností nižší než pevnost textilie. Mez pevnosti v rázu je nejčastěji spojována s vyhodnocením maximální deformační práce (energie). Práci je nutno spotřebovat, aby došlo k poruše. Rázová pevnost spoje je závislá na řadě faktorů (použitý materiál, druh švu, druh stehu, hustota stehu, šíře švové záložky, směr švu vůči struktuře materiálu, napětí nitě při tvorbě stehu, …).

[2]

F2

v1

F2

v1

v2

F1

F2

v1

v2

F1

14

1.2.1 Rozdíl mezi statickým působením sil a rázovým působením sil

U quasistatického působení sil se mění rychlost plynule, při rázovém působení nastávají změny náhle. Při rázovém namáhání dochází k rychlému vzrůstu napětí tak, že se materiál nestačí deformovat. Materiál při destrukci vydrží vyšší napětí, ale dosahuje nižšího protažení. Materiál se jeví jako křehký. Rázové namáhání se projevuje jinak, než quasistatické namáhání. Rázová síla vyvolá napětí, které vzniká na jednom konci tělesa a potřebuje určitý čas k přenosu na druhý konec tělesa. Rázu se neúčastní hned celá hmota tělesa. V materiálu vzniká rozruch, který postupuje materiálem jako vlnění a přenáší určitou rychlostí silou vyvolaná napětí. Pomocí vlnění postupuje tělesem také deformace. Napětí se tělesem šíří určitou rychlostí charakteristickou pro daný materiál.

Výsledkem je pohyb vln vzájemného silového působení částic prostředí na sebe navzájem. Rychlost pohybu závisí na pružných vlastnostech hmoty a na hustotě.

[2]

1.3 Vliv působení sil

Odezvou na namáhání vyvolané působením vnějších sil je deformace a destrukce materiálu. Při destrukci dochází ke zničení textilního výrobku, což může mít za následek ohrožení života.

Při namáhání textilních výrobků síly působí:

- Do porušení tkaniny - posun nití ve švu

- Do porušení prvního vazebního bodu (přetrh šicí nitě) - Do přetrhu textilie (absolutní destrukce)

15

2. Deformace textilie a švu

2.1 Deformace textilie

Změna tvaru materiálu způsobena silovými účinky. Při natahování vzorku dochází k jeho prodloužení, čili deformování.

Absolutní deformaci vyjadřujeme v absolutních jednotkách jako Δl [mm]. Má-li být deformace různých materiálů srovnávána, je ji nutno přepočítat na relativní jednotky, nejčastěji [%]. Nebude-li se vyjadřovat deformace v %, bude vyjádřena jako bezrozměrné číslo [-]. Pro přepočet deformace se používají následující vztahy:

Absolutní deformace

Δl = l - l_o [mm] (1)

l …konečná délka po natažení [mm]

lo …počáteční (původní) délka materiálu [mm]

Relativní deformace

ε = ^{𝛥𝑙[mm ]}_{𝑙𝑜 [mm ]}= ^{𝑙−𝑙𝑜}_𝑙𝑜 (2) popř.

ε = ^𝛥𝑙_𝑙𝑜 ∗ 100 [%] (3)

Δl … prodloužení [mm]

lo … původní délka [mm]

[4]

16 Relativní deformace můţe být definovaná jako:

Roztaţnost - charakterizuje schopnost materiálu odolávat účinkům vnějších sil bez porušení. Vyjadřuje poměr změny délky k původní délce buď jako bezrozměrná veličina, nebo v %.

Taţnost - maximální roztažnost materiálu při poruše (nevratná změna)

[7]

Deformace je závislá na:

- velikosti zatížení – s rostoucí silou roste deformace - rychlosti namáhání – s rostoucí rychlostí klesá deformace - době trvání – s rostoucí dobou trvání se projeví relaxace textilie

Deformaci můţeme definovat jako:

 vratnou (elastickou ) - přestanou-li působit vnější síly, deformace vymizí.

Takové materiály jsou elastické a jejich deformace je dočasná

 nevratnou (plastickou) - deformace, která přetrvává i pokud přestanou působit vnější síly

2.2 Deformace švu

Deformace můţe být posuzována v závislosti na změně působící síly jako:

 podélná- jedná se o deformaci ve směru působící síly (roztažení)

 příčná- jedná se o deformaci kolmo na působící sílu (zúžení)

17

Deformace švu můţe být způsobena silou, která působí:

 ve směru švu

 kolmo na šev

2.2.1 Podélná roztaţnost švu

Při působení síly ve směru švu dochází k deformaci (resp. roztažnosti) švu v podélném směru. Podélní roztažnost švu jako veličina charakterizuje odolnost spoje proti vnějšímu namáhání, které působí ve směru spojení. Je nejdůležitější charakteristikou u vysokoroztažných textilií.

Při podélném namáhání vzniká napětí a deformace, které se přenášejí z části na textilii a z části na šicí nit, poměr závisí na:

 deformačních vlastnostech

 konfiguraci a parametrech švu

 podmínkách tvorby a parametrech stehu

Příklad tahové křivky sešité textilie je na (Obr. 2). Při určité působící síle Ft je poměrné prodloužení vzorku textilie se švem εs menší než na vzorku textilie beze švu εt což způsobil šev, který zpevnil textilii.

Obr. 2 Tahové křivky sešitého a nesešitého vzorku (podélná roztažnost) [1]

18

Pro tahovou křivku textilie se švem jsou charakteristické postupné poklesy sil, které vyjadřují postupnou destrukci švu (dochází k poškození jednotlivých vazných bodů).

V tomto případě namáhání je důležitou vlastností hodnota εs resp. hodnota rozdílu Δε=εt - εs , která při působící síle Ft určuje rozdíl deformace mezi sešitou a nesešitou textilií.

Faktory ovlivňující podélnou roztaţnost Pouţitý materiál

Maximální roztažnost spoje je dána tažností použité šité textilie. Tažnost textilie, a tím také spoje, je ovlivněná její tloušťkou a stlačitelností (s rostoucí tloušťkou a stlačitelností roztažnost úměrně roste).

Druh švu

Ovlivňuje podélnou roztažnost nepřímo – v závislosti na deformačních vlastnostech materiálu.

Druh stehu

Ovlivňuje uložení nití ve spoji. Obecně platí, že čím větší je spotřeba nití, tím větší je roztažnost spoje.

2.2.2 Příčná pevnost švu

Při působení síly ve směru kolmém ke švu dochází především k deformaci textilie, částečně také k deformaci švu- příčné roztažnosti. Odolnost spoje proti vnějšímu namáhání, které působí kolmo na směr spojení, charakterizuje lépe jiná vlastnost - příčná pevnost. Vyjadřuje sílu, kterou musíme působit, aby došlo k nevratnému porušení spoje.

19

Příčná pevnost je nejdůležitější vlastností švů u méně roztažných materiálů

Pro běžné oděvy vyžadujeme, aby byla příčná pevnost švu menší, než je pevnost textilie, pak dochází k destrukci nitě a spoj je opravitelný.

Poţadujeme:

Fš ≤ 0,8 Ft

Fš …příčná pevnost švu [N]

Ft …pevnost textilie [N]

Pro výrobky technické konfekce požadujeme naopak, aby příčná pevnost švu byla větší nebo rovna pevnosti textilie. Nesmí dojít k destrukci ve švu.

Fš ≥ Ft

Fš …příčná pevnost švu [N]

F_t …pevnost textilie [N]

Příklad tahové křivky sešité textilie je na (Obr. 3) Při určité síle F_t je poměrné prodloužení vzorku textilie se švem ε_s větší než na textilii beze švu ε_t.

Obr. 3 Tahové křivky sešitého a nesešitého vzorku (příčná pevnost) [1]

20

Pro tahovou křivku textilie se švem je charakteristický náhlý pokles působící síly v okamžiku přetrhu prvního vazného bodu švu.

Při destrukci švu dochází k náhlé destrukci všech vazných bodů stehů.

[1]

Faktory ovlivňující příčnou pevnost švu Pouţitý materiál

Textilie ovlivňuje mechanické vlastnosti spoje v závislosti na její pevnosti a roztažnosti. Použití spojovaného materiálu je dané typem výrobku, ovlivnit lze výběr vhodného spojovacího materiálu, techniky a technologie. Pevnost švu závisí nejen na samotné pevnosti šitého materiálu, ale i na jeho odolnosti proti opotřebení

Druh švu

Určuje počet a prostorové spořádání spojovaných vrstev materiálu a počet nosných stehových řádků. Ovlivňuje příčnou pevnost přímo- počet nosných stehových řádků udává počet vazných bodů. U víceřádkových švů dochází k znásobení vazných bodů a ke zvýšení pevnosti. Obecně platí: čím vyšší bude počet vazných bodů, tím vyšším bude pevnost.

Šířka švu

Je dána šířkou švové záložky a vzdáleností stehových řádků u víceřádkových švů. Ovlivňuje pevnost v závislosti na vlastnostech materiálu.

Druh stehu

Určuje počet a umístění vazných bodů, což ovlivňuje příčnou pevnost přímo.

Hustota stehu

Určuje počet stehů na jednotku délky, je závislí na délce stehu. Ovlivňuje počet vazných bodů, počet průchodů nitě materiálem, intenzitu poškození materiálu

[1]

21

3. Metody sledování a vyhodnocování deformace

3.1 Optické metody

Mnoho optických metod měření je založeno na zaostřování bodu na kontrolovaném povrchu. Struktura povrchu je odvozována z "průměrného" signálu, získaného z plochy zaostřeného bodu. Běžně má tento bod rozměr několika mikrometrů a jeho šířka se mění s velikostí vertikálního rozsahu detektoru. V porovnání s dotykovou metodou je výsledným efektem uvedeného procesu "uhlazení" povrchu, které má za následek zmenšení šířky pásma dat pro zpracování.

[12]

Obecné rozdělení optických metod:

- Metody spektroskopické – adsorpce či emise záření

- Metody nespektroskopické – změna vlastností při průchodu světla

Rozdělení optických metod dle pouţitého přístroje:

- Objektivní – fotoaparát, kamera, promítače, zvětšování - Subjektivní – brýle, lupa, mikroskop, dalekohled atd.

Příklad objektivní metody snímání deformace:

- Fotogrammetrická metoda snímání deformace

Aplikace fotogrammetrických metod je díky rozvoji digitální fotografie a díky moderním počítačovým aplikacím možná ve stále širším spektru geodetických problémů.

22 Podstata metody:

Kolem testovacího objektu se rozmístí vlícovací body, signalizující kruhové terče označené černě. Terče jsou označeny dvojicí bodů dvou velikostí. Velikost se zvolí s ohledem na provedení kvalitního subpixelového cílení v softwaru. Body se rozmístí tak aby rovnoměrně obklopovaly prostor testovacího objektu. Poté se pořídí snímky pomocí digitálního fotoaparátu.

Vyhodnocení:

Tato metoda nachází využití pro strojní zařízení, stavební konstrukce a další objekty. Ve spojení s možností časově nenáročného opakování měření je tato metoda ideální pro monitoring nepřístupných či nebezpečných konstrukcí. Metoda umožňuje rekonstrukci tvarů, měření rozměrů a určování polohy předmětů, které jsou zobrazeny na fotografických snímcích.

[6]

3.2 Snímače polohy

Indukční snímače

Indukční snímače jsou používány pro řízení, regulaci, automatizaci, polohování a kontrole výrobních procesů. Jsou to robustní snímače, které rozeznají přítomnost kovových částí. Pracují bezdotykově a mají elektronický výstup, tj. nepodléhají opotřebení. Jsou používány na obráběcích strojích, strojích na tváření plastických hmot, textilních strojích, v montážních linkách, v automobilovém průmyslu, na dřevoobráběcích strojích a všude tam, kde je potřeba automatizovat.

23 Vyhodnocení:

Snímač je založen na vzájemném působení mezi kovovými vodiči a střídavým elektromagnetickým polem. V kovovém snímaném tlumícím materiálu jsou indukovány vířivé proudy, které odebírají energii z pole a snižují velikost oscilační amplitudy. Tato změna je indukčním snímačem vyhodnocena.

Optoelektronické snímače

U těchto snímačů dochází k přímé interakci mezi hmotou a fotony dopadajícího záření. Nachází použití v mnoha aplikacích z oblastí robotiky, automatizace, montáží a manipulace. Pro aplikace v těžkých provozních podmínkách se využívají vysoce výkonných optických kabelů se skleněnými nebo plastovými vlákny a také příslušné spínací jednotky.

Vyhodnocení:

Přijímač je vybaven výstupem Alarm, který funguje jako výstraha, pokud je funkce ovlivněna znečištěním nebo mechanicky špatným seřízením. Výstup Alarm je aktivován, když se přijímaný signál dostane na stanovenou dobu do alarm rozsahu.

Elektromechanické snímače

Řadové polohové a polohové spínače slouží jako vybavovací prvky najíždění pracovních poloh a koncových nebo havarijních bodů při automatickém řízení obráběcích strojů, manipulačních linek, dopravních zařízení, v automobilovém průmyslu stejně jako při stavbě strojů a zařízení.

Vyhodnocení:

Program stroje se automaticky řídí najetím mechanické narážky na řadový polohový nebo polohovým spínač, což znamená, že sepnutí mechanického spínače nebo indukčního snímače se převádí na elektrický řídící signál.

24 Magnetické snímače

Snímače citlivé na magnetické pole se používají hlavně ke sledování polohy pístu u pneumatických válců. Magnetické pole magnetu integrovaného do pístu detekuje snímač přes stěnu tělesa válce. Díky bezdotykovému snímání polohy fungují elektronické snímače magnetického pole spolehlivě.

Vyhodnocení:

Magnetické pole magnetu integrovaného do pístu detekuje snímač přes stěnu tělesa válce. Hlavní oblastí jejich použití je snímání poloh a to dokonce přes stěny z neferomagnetických materiálů, jako jsou hliník, mosaz a nemagnetické oceli. Při malých rozměrech snímačů lze vhodným výběrem snímacího magnetu dosáhnout velmi dlouhých spínacích vzdáleností.

Kapacitní snímače

Kapacitní snímače rozeznávají změnu kapacity, která je vyvolávána přibližováním předmětu v elektrickém poli kondenzátoru. Detekují kovy, plasty i kapaliny, a mají proto rozmanité využití. Nejčastější využití kapacitních snímačů je v balícím průmyslu, při manipulaci s plastovými součástmi a při měření výšky hladiny.

Vyhodnocení:

Kapacitní snímače vyhodnocují změnu kapacity vyvolanou předmětem, který vstoupí do elektrického pole kondenzátoru. To znamená, že kapacitní snímače mohou snímat nejen pouze kovové, ale i nevodivé materiály. Při vhodné volbě mohou být kapacitní snímače schopné "vidět skrz" některé nekovové materiály. Tímto způsobem pracují klasické snímače hladin, snímající přítomnost nebo nepřítomnost kapalin nebo zrnitých materiálů přes stěnu nádrže.

[16]

25 Ultrazvukové snímače

Jsou vhodné pro bezdotykové vyhodnocování polohy nebo měření vzdálenosti objektů, které jsou schopny odrážet ultrazvuk. Objekty přitom mohou mít různý tvar, různou drsnost povrchu i barvu.

Vyhodnocení:

Princip činnosti spočívá v měření doby šíření vyslaného a odraženého ultrazvukového impulzu. Ultrazvuk je generován piezoelektrickým měničem, jehož aktivní plocha periodicky kmitá a zabraňuje tak usazování suchého prachu a nečistot. Maximální hodnota dosahu závisí nejen na jeho provedení a fyzikálních vlastnostech objektu, ale i na vlivu okolního prostředí.

[15]

3.3 Metody sledování deformace u textilních výrobků

- obrazcová metoda (změna tvaru obrazců nanesených na materiálu) - dynamometr (přístroj pro zkoušení normovaných metod)

- obrazová analýza

3.3.1 Obrazcová metoda

Vyuţití: Plošné textilie, folie

Podstata metody:

Na pás textilie se nanesou obrazce čtverec s hranou a úhlopříčkou ve směru osy namáhání a kružnice. Pás textilie se vloží do dynamometru, a podrobí se obvyklému tahovému namáhání, přitom se v průběhu času obrazově snímají deformace nanesených

26

obrazců. Místo uvedených obrazců stačí nanést dvě vzájemné kolmé přímky ve tvaru kříže.

Vyhodnocení:

Obrazce a přímky se deformací mění a z těchto změn je možné určovat při dané deformační síle podélné i příčné relativní posunutí. Z nich je možné pak určit snadno Poissonovo číslo, ze změn úhlu při deformaci pak i modul ve smyku G.

[8]

3.3.2 Dynamometr

Podstata metody:

Tento přístroj vyvozuje napětí ve vzorku posuvem spodní čelisti, která se pohybuje s konstantní rychlostí. Tento princip je v současné době uplatňován u všech moderních dynamometrů. Důvodem je konstrukce měřicích členů síly a deformace, které mohou pracovat na kapacitním nebo indukčním principu, možnost převodu elektrického analogového signálu na číslicový (digitální) a tím spojení přístroje s výpočetní technikou. Počítač tak slouží jednak jako řídicí člen, jednak jako poloautomatický nebo zcela automatizovaný člen vyhodnocovací. Uživatel (pracovník zkušebny) tak zadává vstupní údaje a počítač po provedených zkouškách vytiskne protokol s naměřenými daty a statistickými výpočty.

[4]

Vyhodnocení:

Na dynamometru se provádí zkoušky stanovení pevnosti textilie, textilie se švem a absolutního prodloužení dle norem.

27

3.3.2.1 Normovaná metoda Strip ČSN EN ISO 13835-1

Metoda Strip, stanoví postup pro zjišťování maximální tažné síly švu u šitých švů, kdy síla působí kolmo ke švu. Metoda je vhodná zejména pro tkaniny a je určena pouze pro rovné švy a nikoli švy šité do oblouku.

Podstata zkoušky:

Zkušební vzorek textilie o stanovených rozměrech uprostřed se švem je protahován kolmo ke švu při konstantní rychlosti až do přetržení švu. Zaznamenává se maximální síla nutná k přetrhu švu. Pro zkoušku se používá přístroj s konstantním přírůstkem prodloužení (CRE). Trhací přístroj je vybavený dvojicí svorek, z nichž jedna je pevná a druhá se pohybuje konstantní rychlostí po celou dobu zkoušky. Přístroj musí zajistit konstantní rychlost protažení 100 mm/min s přesností na ± 10 %. Na přístroji musí být nastavitelná upínací délka 200 mm s přesností na ± 1 mm. Upínací zařízení přístroje musí být umístěno ve středu obou čelistí ve směru působení síly. Čelisti musí udržet zkušební vzorek bez prokluzování, aby se tomuto jevu zabránilo, mohou se použít rýhované nebo zvlněné čelisti. Šířka čelistí by měla být minimálně 60 mm, avšak nesmí být menší, než je šířka zkušebního vzorku.

Příprava švů a vzorků:

Švy musí být připraveny na správně seřízeném stroji, musí souhlasit podmínky šití, včetně typu šicích nití, typu jehly, typu švu, přídavku na šev a počtu stehů na jednotku délky.

Z plošné textilie se vystřihne laboratorní vzorek o rozměrech 350 mm x minimálně 700 mm. Vzorek se v polovině přeloží tak, aby hrana skladu byla rovnoběžná s delší stranou vzorku, v tomto směru se šije odsouhlasený šev a hrana skladu se rozstřihne tak, aby se dosáhlo odsouhlaseného přídavku na šev. Švy ke zkoušce mohou být ušity rovnoběžně se směrem osnovy a útku nebo s oběma směry.

28

Z každého laboratorního vzorku se švem se vystřihne sada minimálně pěti zkušebních vzorků o šířce 100 mm. (Obr. 4)

Obr. 4 Laboratorní vzorek se švem a znázornění zkušebních vzorků [9]

Příprava zkušebních vzorků:

Každý zkušební vzorek čtyřikrát nastřihne ve vzdálenosti 10 mm od švu do hloubky 25 mm. Plocha ke konci nástřihu se vypáře tak, aby skutečná šířka zkušebního vzorku byla 50 mm. Na ploše do 10 mm od švu se ponechá celá šířka 100 mm. U plošných textilií, u kterých nemohou být takto vypárány nitě, se zkušební vzorky na požadovaný tvar vystřihnou, přitom je třeba dbát, aby žádná část skutečné velikosti zkušebního vzorku nebyla prostřižena.(Obr. 5)

Obr. 5 Zkušební vzorek [9]

29 Postup zkoušky:

Na zkušebním trhacím stroji se nastaví upínací délka 200 mm ± 1 mm a rychlost prodloužení 100 mm/min.

Zkušební vzorek se upne tak, aby jeho podélná střední osa procházela středem předních hran čelistí a aby síla působila kolmo ke švu, který je umístěn ve středu upínací délky.

Po uzavření horních čelistí se zkušební vzorek zatížený pouze vlastní hmotností zavede bez předpětí do spodních čelistí a spodní svorka se uzavře. Spustí se zařízení pro záznam maximální síly. Pohyblivá svorka se uvede do chodu a zkušební vzorek se napíná až do přetrhu. Zaznamená se maximální síla v newtonech a uvede se, zda došlo

a) k přetrhu textilie

b) k přetrhu textilie v čelistech c) k přetrhu textilie ve švu d) k přetrhu šicích nití e) k vytažení nití

f) ke kombinaci těchto možností

Pokud došlo k přetrhu podle a) nebo b), musí být tyto výsledky vyloučeny a musí být provedeny další zkoušky, aby se získalo pět přetrhů švu.

Pokud při všech přetrzích došlo k přetrhům textilie nebo přetrhů v čelistech, zaznamenají se jednotlivé výsledky bez výpočtu variačního koeficientu nebo hranic spolehlivosti. Výsledky se označí v protokolu o zkoušce jako přetrhy textilie nebo přetrhy v čelistech a výsledky se konzultují se zainteresovanými stranami.

[9]

Vyhodnocení:

Naměřené hodnoty se použijí při výpočtu relativního prodloužení.

30

3.3.2.2 Normovaná metoda Grab ČSN EN ISO 13835-2

Metodou Grab se zjišťuje maximální síla do přetrhu švu.

Při zkoušce je v čelistech upnuta pouze středová část zkušebního vzorku. Přístroj musí zajistit konstantní rychlost protažení 50 mm/min s přesností na ± 10 %. Na přístroji musí být nastavitelná upínací délka 100 mm s přesností na ± 1mm.

Rozměry vystřiženého vzorku jsou 100 mm x 250 (Obr. 6)

Obr. 6 Zkušební vzorek připravený ke zkoušce [10]

Provedení i vyhodnocení je stejné jako u metody Strip ČSN EN ISO 13935-1.

[10]

Rozdíly metod Grab a Strip:

- v přípravě zkušebního vzorku

- v upnutí zkušebního vzorku v čelistech - plochy čelistí jsou jiné

- upínací délka a rychlost prodloužení

[7]

31 3.3.3 Obrazová analýza

Analýza obrazu je moderní metoda, která vznikla ve snaze o objektivizaci posuzování jakosti výrobků. Nahrazuje vizuální subjektivní hodnocení, při kterém může právě dojít k rozdílnému ohodnocení určitého znaku zkoumaného předmětu. Oblast použití analýzy obrazu je velice rozmanitá, umožňuje přizpůsobivost a opakovatelnost rozboru, vyžaduje však výkonné počítačové vybavení.

Princip

Systém pro počítačovou analýzu obrazu je složen z digitalizačního zařízení a počítače, který je vybaven speciálním softwarem (např. aplikace ACC od firmy SoFo Brno, LUCIA od Laboratory Imaging Praha …). Spočívá v počítačovém vyhodnocení digitálního obrazu sledovaného objektu sejmutého digitální kamerou, digitálním fotoaparátem nebo scannerem. Klíčovým krokem v celém postupu je získání kvalitního digitalizovaného obrazu předlohy. Poté je obraz v nekomprimované podobě uložen v počítači a s pomocí výše zmíněných aplikací dále upravován a hodnocen. Klíčovým krokem analýzy obrazu je tzv. segmentace, při které jsou v obraze označeny objekty určené k hodnocení, teprve pak je možné provést měření a stanovit požadované morfometrické nebo denzitometrické vlastnosti objektů např. plochu, obvod, délku, kulatost objektů nebo intenzitu zvolené barevné složky.

Pro úspěšné provedení obrazové analýzy je nutné správné sejmutí obrazu analyzovaného materiálu. Proces snímání obrazu je ovlivňován mnoha faktory, z nichž nejdůležitějšími jsou osvětlení, podklad a kvalita snímacích zařízení.

Pro počítačové zpracování obrazu je vhodné získat obraz přímo v digitalizované podobě. K tomuto účelu slouží digitální fotoaparáty a kamery se zabudovaným snímacím prvkem. Obrazová analýza umožňuje nahrazení subjektivního posuzování obrazů pomocí objektivních charakteristik. Obecně lze postup obrazové analýzy rozdělit do tří etap:

32 1. tvorba obrazu (náhrada klasické fotografie), 2. počítačem podporovaná analýza obrazu,

3. analýza vybraných (charakteristických) rysů obrazu

Prvním krokem při zpracování obrazu je snímání vzorků a uložení obrazu v číselné formě do počítače. Při snímání dochází k digitalizaci obrazu, tj. k přechodu od spojité fyzikální funkce k diskrétní funkci elektrického signálu. Digitalizace se odehrává ve dvou nezávislých krocích, jimiž jsou kvantování a vzorkování. Kvantování je diskretizace oboru hodnot obrazové funkce, vzorkováním (spojité funkce) rozumíme odebrání hodnot vzorků ve stejných intervalech. Tím se získají v počítači jednotlivé obrazové plochy tzv. pixely.

Dále následuje předzpracování obrazu. Vstupem i výstupem je diskrétní (digitální) obraz. Cílem předzpracování obrazu je potlačit šum a zkreslení.

Dalším krokem je segmentace. Umožňuje nalézt v obrazu části objektů, se kterými se pracuje a odstraní ty části, které z hlediska dalšího zpracování nejsou zajímavé.

Základní metodou segmentace je prahování. To je založeno na konstantní odrazivosti či pohltivosti objektů a tyto objekty se poté oddělí od pozadí. Výsledkem je výstupní binární obraz. Popis nalezených objektů je posledním krokem zpracování obrazu.

Objekty lze popsat kvantitativně pomocí číselných hodnot nastavených parametrů.

[14]

Software pro zpracování

Obecnější programy – MATLAB, LUCIA, ACC

MATLAB

MATLAB je integrované prostředí pro vědeckotechnické výpočty, modelování, návrhy algoritmů, simulace, analýzu a prezentaci dat, paralelní výpočty, měření a

33

zpracování signálů, návrhy řídicích a komunikačních systémů. MATLAB je nástroj jak pro pohodlnou interaktivní práci, tak pro vývoj širokého spektra aplikací.

Název MATLAB vznikl zkrácením slov MATrix LABoratory (volně přeloženo

„laboratoř s maticemi“), což odpovídá skutečnosti, že klíčovou datovou strukturou při výpočtech v MATLABu jsou matice.

[11]

Systém LUCIA (Laboratory Universal Computing Image Analysis)

NIS-Elements AR 2.30 (LUCIA původní název do srpna 2006)

Jeden z nejpoužívanějších systémů v ČR díky českému výrobci Laboratory Imaging s.r.o. a tudíž i českou jazykovou verzí, což je výhodné především pro výuku.

NIS-Elements je systém obrazové analýzy určený ke sledování, snímání, archivaci a ručnímu nebo automatizovanému měření preparátů. Používaný snímací systém nejčastěji tvoří optický přístroj (mikroskop, stereomikroskop resp. makrooptika nebo skener), dále kamera nebo digitální fotoaparát, nezbytný počítač a softwarové vybavení.

Vybavení programu NIS-Elements je možné rozdělit do několika stupňů rozdělených podle náročnosti prováděné obrazové analýzy.

Analyzátor obrazu je tvořen standardním osobním počítačem se zabudovanou obrazovou kartou umožňující přímo snímat obrazový signál z videokamery nebo z videorekordéru.

ACC (Adaptive Contrast Control)

Jedná se o obrazový analyzátor k analýze struktur a objektů v obrazech. Základem systému je firmou SOFO vyvinutý matematický algoritmus nazvaný ACC Adaptive Contrast Control.

34

ACC umožňuje kontrolované zvýšení kontrastu struktur v obraze v závislosti na velikosti a denzitě studované struktury. Tímto postupem lze zviditelnit v obraze

velmi obtížně rozeznatelné nebo i okem neviditelné struktury. Získané obrazy mají podrobnosti zobrazené s optimálním kontrastem, přičemž je automaticky zajištěno, že v žádné části obrazu nedojde k degradaci. Pokud je metoda použita na barevný obraz, nemění se barevné odstíny, ale jen jas. Proces úpravy obrazu je řízen názorným uživatelským rozhraním, umožňující rychlé a snadno opakovatelné nastavení parametrů.

Obrazy pro zpracování algoritmem ACC lze získat v digitální podobě (např.

použitím CCD kamer rastrovacího elektronového mikroskopu či tunelového mikroskopu) nebo scannováním snímků z fotografických materiálů. ACC pracuje s obrazovým formátem DIG používaným v obrazových analyzátorech DIPS firmy SOFO a standardními formáty TIF a BMP.

ACC má nejširší využití v optické mikroskopii. Umožňuje pořízení vysoce kontrastních obrazů i u velmi obtížně rozpoznatelných a analyzovatelných struktur

[17]

Vyuţití obrazové analýzy

Programový systém vyvinutý pro pořizování a ukládání obrazů, interaktivní měření geometrických vlastností vláken, přízí a plošných textilií nebo jiných netextilních materiálů. Systém umožňuje archivování rozsáhlých obrazových sekvencí a jejich zpracování.

Části systému:

 PC se softwarem LUCIA,

 kamera,

 mikroskop,

 makroskop Pouţití:

 Jemnost vláken, přízí

 Anomálie povrchu a poškození vláken

35

 Průřez a tvar průřezu vláken

 Střední parametry vláken ve směsích

 Hustota a jemnost, hmotnostní a objemové podíly, délka, délkové a četnostní podíly, měrný povrch, podíly měrných povrchů vláken

 Průměr přízí

 Počet ovinků (BD příze)

 Mikroskopický pohled plošné textilie, vazba, dostava, rozbor vad

 Průřez osnovní a útkové niti ve tkanině

Nadstandard:

 Komplex vyhodnocování průřezů přízí

o Skutečný počet vláken v průřezu, součinitel počtu vláken

o Skutečný počet vláken komponent, hmotnostní podíl komponent ve směsové přízi

o Rozložení a stěsnání vláken po průřezu příze

o Hustota a rozložení komponent po průřezu směsové příze

o Analýza svazků (shluků vláken téže komponenty) v průřezu směsové příze

 Chlupatost příze

 Deformace průřezu příze ve tkanině

 Tvar vazné vlny ve tkanině

 Analýza povrchových struktur textilií

Obrazová analýza (přesněji laboratorní analýza obrazu – image analysis) nachází uplatnění ve výzkumu živé i neživé hmoty.

36

3.4 Metoda zvolená pro stanovení deformace při rázovém namáhání

Pro měření rázové deformace a pevnosti švu byl využit přístroj na principu Charpyho kladiva.

Na snímání probíhajícího děje byla použita vysokorychlostní kamera, která je vhodná pro zachycení rychlých dějů. Z jednotlivých osnímků byla použita data, pro výpočet relativního prodloužení.

3.4.1 Vysokorychlostní kamera

Vysokorychlostní (rychlostní, rychloběžná) kamera, zkráceně rychlokamera (anglicky High Speed Camera), je přenosné optoelektronické zařízení pro vytváření obrazového záznamu velmi vysokou frekvencí snímání. Rychlokamery mohou být jak barevné, tak černobílé. Černobílý záznam může být u rychlokamer za určitých okolností výhodnější s ohledem na menší objem zpracovávaných a přenášených dat. Rychlokamery se od běžných digitálních kamer liší i svým vzhledem. Jsou to zpravidla nevzhledné hranaté plechové "krabice" s vystupujícím objektivem, bez displeje a s minimem ovládacích prvků, neboť k nastavení parametrů záznamu a ovládání kamery slouží externí zařízení, nejčastěji řídící panely nebo PC.

Mezi rychlokamerou a obyčejnou kamerou je však rozdíl v rychlosti (frekvenci) snímání propastný. Zatímco běžná kamera snímá standardní rychlostí 25 obrázků za sekundu, u rychlokamery jsou běžné frekvence od tisíce snímků za sekundu až po statisíce snímků za sekundu, tedy o 2 až 4 řády vyšší. Výraznou předností digitálního záznamu je, že je použitelný nejen ke kvalitativní analýze zobrazeného děje nebo jevu, ale umožňuje i analýzu kvantitativní, tj. hodnocení s využitím aktuálních hodnot fyzikálních veličin. Vzhledem k tomu, že k jednotlivým obrázkům záznamu lze přiřadit reálný relativní čas, je možné porovnáním sousedních obrázků stanovit vektory rychlosti a zrychlení pohybujících se prvků, rychlosti změny tvaru těles či vizuálních projevů zkoumaných jevů apod. Přesnost takto stanovených hodnot analyzovaných veličin je ovlivněna především rozlišením (kvalitou) záznamu, dále bitovou hloubkou záznamu, metodou kvantifikace dat a kvalitou použité optické soustavy (objektivu).

37

Digitální záznam lze navíc ihned po jeho provedení prohlédnout na externím monitoru, posoudit, zda je zdařilý a v případě neúspěchu jej opakovat (je-li to ovšem možné).

Při použití rychlokamery je dostatečné osvětlení snímané scény velice důležité. Při použití současných kamer snímajících s frekvencí řádově v desítkách tisíc obrázků za sekundu může být (z pohledu kamery) i na přímém poledním slunci šero či dokonce tma. Vysoké frekvence snímání proto vyžadují použití velmi výkonného osvětlení scény. Používají se halogenová, nebo výbojková svítidla.

Rychlokamery se uplatňují v celé řadě technických aplikací. Jejich možnosti však mohou být využity teprve při snímání extrémně krátkých a rychlých dějů. Právě pro měření rázové pevnosti je rychlokamera ideální záznamové zařízení, neboť děj trvá několik sekund.

[14]

3.4.2 Výpočet relativního prodlouţení pomocí optické metody

Pro výpočet relativního prodloužení vzorku ε vyjdeme z geometrie vypnutého vzorku (obr.7) a ze vztahu:

L

L

  (4)

kde: ΔL … absolutní prodloužení [mm]

L ... upínací délka vzorku [mm]

38

Obr. 7 Geometrie vypnutého vzorku[3]

Kyvadlo působí na vzorek délky L v bodě A. Vzorek se prodlouží o ΔL, čelist se přesune z bodu A do bodu B, do výšky h.

Pro výpočet absolutního prodloužení ΔL vyjdeme ze vztahů pro úhly φ a α

L L

h



 

 sin

k k

l h l 

  cos

(5)

(6)

pak pro výšku překyvu h platí









l_k h

(7)

(8)

39

Pro větší úhly je třeba určit úhel φ, ale pro malé úhly platí, že sin φ ≈ 0

cos α ≈ 1

(9)

(10)

Proto bude výška h v tomto případě malá a lze ji zanedbat. Pak vzdálenost RB, odpovídající délce prodlouženého vzorku (L+ΔL), je téměř rovna vzdálenosti RC a platí

L + ΔL = L +Δx (11)

Absolutní prodloužení vzorku ΔL určíme ze vztahu



sin







L x l_k (12)

a relativní prodloužení vzorku ε určíme ze vztahu

L l_k 

  ^sin (13)

Kde: lk=0,8025 m L=1m

[3]

40

4. Experimentální část

4.1 Experimentální stanovení deformace textilie se švem

- pomocí laboratorních vzorků, na kterých je prováděna zkouška.

Rozdělení zkoušek:

 Statické zkoušky – Materiál se zatěžuje pozvolna bez rázu, a to obvykle jednou až se zatížení zvětší do dané hodnoty. Zatížení působí minuty, při dlouhodobých zkouškách dny až roky. Vnější síly jsou při namáhání v čase neproměnné.

 Quasistatické zkoušky- Zatížení materiálu se postupně zvětšuje obvykle až do meze pevnosti. Vnější síly jsou při namáhání v čase proměnné – pomalu, spojitě

 Dynamické zkoušky rázové – Síla působí rázově a trvá zlomek sekundy. Při namáhání jsou vnější síly v čase proměnné – náhle, skokově.

 Cyklické zkoušky- Jsou to zkoušky únavové, zkouší se, kolik materiál vydrží cyklů. Materiál se zatěžuje zvolna do dané hodnoty a poté se snižuje. Zatížení se opakuje mnoha cykly.

Cílem experimentu je měření roztažnosti u vybraných typů spojů při quasistatickém namáhání a při rázovém namáhání. Výpočet relativního prodloužení rázového namáhání a následné porovnání jejich deformace.

41 4.2 Příprava vzorků

4.2.1 Příprava materiálu

Pouţitá nit:

Nit vyrobená ze 100 % PES s označením Mara 120 od firmy Güttermann

Jemnost 25tex

Síla do přetrhu 1,150 cN Prodloužení 16%

Srážlivost 1%

Pouţitý steh:

Steh 301 – dvounitný vázaný Pouţitý stroj:

Jednojehlový šicí stroj značky Juki DDL – 888

Seřízený, aby se šicí materiál správně provazoval uprostřed sešívaného vzorku materiálu.

Hustota stehu je 4 stehy na 1 cm

Pouţitý materiál:

 TT plátnové vazby Složení materiálu – Len Vazba – plátnová

Plošná měrná hmotnost – 2,3 g/cm² Příze osnovní nitě – len

Příze útkové nitě – len

Charakteristika tkaniny – Technická textilie

42

 Elastická oděvní textilie Složení materiálu – Vlna / polyester Vazba – keprová

Plošná měrná hmotnost – 2,2 g/cm² Příze osnovní nitě – vlna

Příze útkové nitě – vlna/polyester Charakteristika tkaniny – oděvní textilie

 Oděvní textilie plátnové vazby Složení materiálu – Len / bavlna Vazba – plátnová

Plošná měrná hmotnost – 2,3g/cm² Příze osnovní nitě – len

Příze útkové nitě – bavlna

Charakteristika tkaniny – oděvní textilie

Pouţité švy:

1.01.01 Jednoduchý hřbetový

- Šíře švové záložky na zhotoveném vzorku 2 cm - Šev je zhotoven ve směru osnovy

2.01.01 Jednoduchý přeplátovaný - Šev je zhotoven ve směru osnovy

- Šíře švové záložky na zhotoveném vzorku 2 cm

43 4.2.2 Příprava vzorků

Vzorky se připravují dle normy EN ISO 13935-1 s následujícími rozdíly.

Laboratorní vzorek (obr. 8) se zhotoví z textilního materiálu o rozměrech 1200mm x 1400mm, který se složí na polovinu. Ve stanovené vzdálenosti od přehybu (obvykle 20mm) se zhotoví požadovaný šev. Před sešitím švu je vzorek v přehybu rozstřižen (u přeplátovaných švů je přeložen). Švy jsou šity ve směru osnovy. Šicí stroj musí být správně seřízen, šití musí být rovné a jednotlivé nitě musí být dokonale provázány od začátku až do konce šití. Z obou bočních stran laboratorního vzorku se odstřihne 100mm do odpadu. Z laboratorního vzorku se švem se vystřihne sada deseti zkušebních vzorků 100 mm x 1360 mm a upraví vystřižením na požadovaný tvar (obr.9).

[3]

Obr.8 Laboratorní vzorek

Obr.9 Zkušební vzorek

100 mm

1160 mm

40 mm

33 mm 34 mm 33 mm 1200 mm

700 mm

20 mm

100 mm

44

Každý zkušební vzorek se čtyřikrát nastřihne ve vzdálenosti 20 mm od švu do hloubky 33 mm. Zbytek materiálu se odstřihne tak, aby skutečná šířka vzorku byla 34 mm.

Délka zkušebního vzorku je dle druhu švu (obvykle 1160 mm), upínací délka je 1000 mm. Každá sada je rozdílná materiálem, použitým švem a upínací délkou (tab.1).

Tab.1 Popis sad vzorků

Sada Pouţitý materiál Pouţitý šev Upínací délka

1. Oděvní textilie

plátnové vazby

Jednoduchý hřbetový 1000 mm

2. Oděvní textilie

plátnové vazby

Jednoduchý přeplátovaný 1000 mm

3. Elastická oděvní textilie

Jednoduchý hřbetový 1000 mm

4. Elastická oděvní textilie

Jednoduchý přeplátovaný 1000 mm

5. TT plátnové vazby Jednoduchý hřbetový 1000 mm 6. TT plátnové vazby Jednoduchý hřbetový 200 mm

45 4.3 Měření deformace při rázovém namáhání

4.3.1 Přístroj pro měření rázové deformace a pevnosti

Přístroj pro měření rázové deformace a pevnosti švu byl zkonstruován na principu Charpyho kladiva.

Obr.10 Schéma přístroje pro měření rázové pevnosti

Popis přístroje:

(1) … výkyvného kyvadlo (2) … otočná upínací čelist (3) … pevná upínací čelist (4) … úhlová stupnice (5) … ukazatel

(6) … měřící zařízení (tenzometr) (7) … rovina vypnuté textilie

l … délka kyvadla

L … upínací délka vzorku G … tíhová síla kyvadla α1 … počáteční úhel výkyvu h1 … počáteční výška výkyvu E1 … počáteční potenciální energie

α2 … konečný úhel výkyvu h2 … konečná výška výkyvu E2 … konečná potenciální energie

L h2

h1

l 5

4

1

2 G 7 3

α1

α2

6 E2

E1

PC

46 4.3.2 Postup měření

Jedna strana zkušebního vzorku se upevní do čelistí kyvadla zpuštěného do základní polohy (obr. 10). Dále se upevní vzorek do pevných čelistí tak, aby byl vzorek vypnutý – k tomu slouží předpětí pomocí malého závaží (5g).

Kyvadlo se vychýlí o daný úhel (α1) a zajistí zarážkou (obr. 10 poloha 1). Po uvolnění následuje volný pád, polohová energie kyvadla se přemění na kinetickou, která je maximální v dolní poloze. Na vzorek působí rázová síla. Dojde k přetržení textilie a vychýlení kyvadla na opačnou stranu (obr. 10poloha 2).

Měřící zařízení zaznamená průběh síly závislosti na čase. Na stupnici se odečte velikost úhlu (α2), který odpovídá zbytkové energii.

Pokud by došlo k přetržení textilie u čelisti, musí být tyto výsledky vyloučeny a musí být provedeny nové zkoušky, tak aby bylo získáno nejméně deset přetrhů ve švu.

[2]

4.4 Měření deformace při quasistatickém namáhání

4.4.1 Přístroj pro měření

0br.11 Měření je prováděno na trhacím přístroji Promi PC 3000.

47 4.4.2 Postup měření

Vzorek se upne do čelistí tak, aby spoj byl uprostřed a síla působila kolmo na šev. Po spuštění se horní čelist pohybuje konstantní rychlostí, přičemž se zaznamenává závislost síly na změně délky do grafu. Při měření dochází k napínání vzorku až do přetrhu prvního stehu a následného přetržení švu.

Zkušební program přístroje je rozdělen do několika fází:

- Smazání načtených dat - Posun čelistí do předpětí 1N - Nulování síly

- Nulování polohy - Nulování času - Start načítání dat

- Posun čelistí do destrukce - Konec načítání dat

- Posun čelisti do základní polohy - Zastavení programu

4.5 Naměřené hodnoty

4.5.1 Rázové namáhání

Při rázovém namáhání byly měřeny hodnoty úhlu výkyvu (tab.2 ).

Naměřené hodnoty z tab.1 se použili při výpočtu relativního prodloužení dle vztahu(viz kap.3.4.2) :

100 sin *

L l_k 

  ^

48

Tab. 2 Naměřené hodnoty úhlu výkyvu

α α α α

č. vz. 1. sada 2. sada 3. sada 4. sada

1 9,50 11,50 8,50 12,00

2 11,00 12,00 9,50 11,00

3 10,00 10,00 11,50 13,00

4 11,00 11,00 9,50 13,50

5 10,50 9,50 12,50 12,00

6 11,50 9,50 10,50 12,00

7 10,00 9,50 10,00 13,50

8 10,00 9,50 13,00 13,00

9 9,00 10,50 12,50 12,50

10 9,00 9,50 10,50 11,50

Průměr 10,15 10,25 10,80 12,40

s 0,85 0,95 1,51 0,84

v 0,08 0,09 0,14 0,07

Vypočtené hodnoty relativního prodloužení (Tab.3)

Tab.3 Vypočtené hodnoty relativního prodlouţení

ε[%] ε[%] ε[%] ε[%]

č. vz. 1. sada 2. sada 3. sada 4. sada

1 13,24 15,99 11,86 16,68

2 15,30 16,68 13,24 15,30

3 13,93 13,93 15,99 18,04

4 15,30 15,30 13,24 18,72

5 14,62 13,24 17,36 16,68

6 15,99 13,24 14,62 16,68

7 13,93 13,24 13,93 18,72

8 13,93 13,24 18,04 18,04

9 12,55 14,62 17,36 17,36

10 12,55 13,24 14,62 15,99

Průměr 14,13 14,27 15,03 17,22

s 1,17 1,31 2,08 1,15

v 0,08 0,09 0,14 0,07

49 4.5.2 Quasistatické namáhání

Při quasistatickém namáhání byly měřeny hodnoty absolutního prodloužení (tab.4 ) . Naměřené hodnoty se použili při výpočtu relativního prodloužení dle vztahu (viz kap.3.4.2):

100 L *

L

 

Tab.4 Naměřené hodnoty absolutního prodlouţení

ΔL ΔL ΔL ΔL ΔL ΔL

č. vz. 1. sada 2. sada 3. sada 4. sada 5. sada 6. sada

1 156,50 168,25 301,00 348,50 36,25 12,75

2 163,75 172,75 309,75 367,50 38,75 13,00

3 156,75 172,25 286,00 360,75 35,50 13,75

4 157,00 182,75 277,75 340,50 37,50 13,50

5 153,25 163,75 291,75 359,50 37,50 12,50

6 151,75 171,75 274,75 347,25 37,75 12,00

7 147,75 172,50 384,00 336,75 36,50 13,25

8 171,65 171,25 353,50 376,75 33,50 13,00

9 157,25 175,00 290,00 345,75 38,00 11,00

10 171,95 168,50 303,25 351,25 36,75 12,50

Průměr 158,76 171,88 307,18 353,45 36,80 12,73

s 8,03 4,95 34,97 12,49 1,49 0,79

v 0,05 0,03 0,11 0,04 0,04 0,06

50

Vypočtené hodnoty relativního prodloužení (Tab. 5)

Tab. 5 Vypočtené hodnoty relativního prodlouţení

ε[%] ε[%] ε[%] ε[%] ε[%] ε[%]

č. vz. 1. sada 2. sada 3. sada 4. sada 5. sada 6. sada

1 15,65 16,83 26,17 30,30 3,63 6,38

2 16,38 17,28 26,93 31,96 3,88 6,50

3 15,68 17,23 24,87 31,37 3,55 6,88

4 15,70 18,28 24,15 29,61 3,75 6,75

5 15,33 16,38 25,37 31,26 3,75 6,25

6 15,18 17,18 23,89 30,20 3,78 6,00

7 14,78 17,25 33,39 29,28 3,65 6,63

8 17,17 17,13 30,74 32,76 3,35 6,50

9 15,73 17,50 25,22 30,07 3,80 5,50

10 17,20 16,85 26,37 30,54 3,68 6,25

Průměr 15,88 17,19 26,71 30,73 3,68 6,36

s 0,80 0,49 3,04 1,09 0,15 0,40

v 0,05 0,03 0,11 0,04 0,04 0,06

51

5. Vyhodnocení výsledků

Porovnání vzorků při rázovém a quasistatickém namáhání.

Obr.12 Graf porovnání vzorků

Graf znázorňuje rozdíly v deformaci v závislosti na namáhání. Z naměřených hodnot vyplývá, že deformace při rázovém namáhání je menší než při quasistatickém.

0 5 10 15 20 25 30 35

1 2 3 4

ε[%]

sada

rázové quasistatické

52 Porovnání vzorků z hlediska pouţitých švů

Obr.13 Graf porovnání vzorků podle použitých švů

Graf znázorňuje rozdíly v deformaci v závislosti na použitém švu. Po porovnání vzorků s různými švy (obr. 13) vyplynulo, že deformace u vzorků s hřbetovými švy je menší než u vzorků se švy přeplátovanými. U vzorků se švy přeplátovanými dochází k většímu zpevnění textilie švem a v důsledku toho k potřebě vyšší působící síly do přetrhu a tím tak k vyšší deformaci.

0 5 10 15 20 25 30 35

rázové quasistatické rázové quasistatické ε[%]

Hřbetový šev Přeplátovaný šev

53

Dále bylo provedeno porovnání vzorků z hlediska pouţitého materiálu a upínací délky

Obr. 14 Graf porovnání vzorků v závislosti na materiálu a upínací délce.

Sady 1, 3, 5 znázorňují závislost na použitém materiálu. Z grafu vyplývá závislost deformace elasticitě textilie. Další porovnání je provedeno v závislosti na zvolené upínací délce (sady 5,6). Z experimentu je patrný vliv upínací délky na poměrném prodloužení vzorku textilie se švem- vzorky ze stejného materiálu, se stejným švem ale rozdílnou upínací délkou vykazuje rozdíl v poměrném prodloužení- vliv švu je výraznější u kratšího vzorku.

0 5 10 15 20 25 30

1 3 5 6

ε[%]

sada

quasistatické

54

Závěr

V úvodní části byl proveden rozbor namáhání u 3D textilních výrobků a jeho vlivu na deformaci textilie. Působící sily jsou definovány v závislosti na opakovatelnosti, směru působení, orientace a rychlosti změny velikosti. Ze studie vyplývá, že síly ve výrobku vyvolávají napětí v různých částech, proto je důležité sledovat švy v namáhaných oblastech. Odezvou na namáhání je deformace s možnou následnou destrukcí materiálu či švu. Dále jsou vysvětleny pojmy mechanický ráz, deformace, roztažnost a je uveden rozdíl mezi statickým a rázovým působením sil. V teoretické části jsou popsány faktory ovlivňující podélnou roztažnost a příčnou pevnost švu.

V další části je provedena rešerše metod sledování a vyhodnocování deformace. U textilních výrobků je zkoušení prováděno na dynamometru, kde dochází k záznamu údajů a potřebných pro vyhodnocení probíhající zkoušky do počítače. Na dynamometru se provádí také zkoušky stanovení příčné pevnosti švu (normovaná metoda Strip nebo Grap)- vzorek je při zkoušce upnut do čelistí, tak aby síla působila kolmo na šev. Síla působí pozvolna bez rázu. V práci byla využita metoda pro měření rázové pevnosti švu a aplikována na vyhodnocení deformace švu. Pro měření byl využit přístroj pracující na principu Charpyho kladiva. Na snímání průběhu zkoušky byla uplatněna vysokorychlostní kamera, pomocí níž byla vytvořena sada snímků. Z jednotlivých snímků byla pomocí obrazové analýzy vyhodnocena data pro výpočet relativního prodloužení. Metody stanovení deformace při rázovém a quasistatickém namáhání byly aplikovány v následné experimentální části.

V experimentální části bylo provedeno měření pro vyhodnocení a porovnání deformace při rázovém a quasistatickém namáhání vzorků plošných textilií se švy. Hodnoty byly zaneseny do tabulek a grafů. Z tabulek vyplynula závislost deformace na způsobu namáhání. Bylo ověřeno, že deformace při rázovém namáhání je menší než při quasistatickém. Dále byly vzorky porovnány z hlediska použitých švů, kde se projevila menší deformace u hřbetového švu než u přeplátovaného. V neposlední řadě byl zhodnocen vliv upínací délky na poměrném prodloužení vzorku textilie se švem. Vliv švu na deformaci je výraznější u kratšího vzorku.

55 POUŢITÁ LITERATURA A DALŠÍ ZDROJE

[1] DOSEDĚLOVÁ, I. Technical Textile Processing. Výukové materiály pro kurz specialistů z JAR, TU v Liberci, KKV Prostějov, červenec 2009.

[2] DOSEDĚLOVÁ, I.Impact strength of sewn seam in dependence on seam location in product, In Structure and Structural Mechanics of Textile Fabric, Technical University in Liberec, 2009

[3] DOSEDĚLOVÁ, I. Laboratorní cvičení 10, Výukové materiály pro předmět VTK, http://www.kkv.tul.cz/, staženo 1. 12. 2009.

[4] KOVAČIČ, V. Textilní zkušebnictví II, TU v Liberci, 2002, ISBN: 80-7083-824-8.

[5] KOVÁŘ, R. Struktura a vlastnosti plošných textilií, TU v Liberci, 2002,ISBN: 80- 7083-266-5.

[6] KOZÁK, O. Fotogrammetrická metoda sledování deformace. Brno: Diplomová práce, VUT, 2006.

[7] LENĎÁKOVÁ, K. Studie namáhání textilie a švů u vysokoroztažných textilií jako anizotropních materiálů, BP 346/06, TUL 2006.

[8] SODOMKA, L., CHRPOVÁ, E.: Obrazcová metoda určování modulu plošných textilií a folií, TU v Liberci, 2008

[9] Norma ČSN EN ISO 13935-1 Norma ČSN EN ISO 13935-1. Textilie, tahové vlastnosti švů plošných textilií a konfekčních výrobků – Část 1: Zjišťování maximální síly do přetrhu švu metodou Strip. Český normalizační institut, Praha, 1999.

[10] Norma ČSN EN ISO 13935-2. Textilie, tahové vlastnosti švů plošných textilií a konfekčních výrobků – Část 2: Zjišťování maximální síly do přetrhu švu metodou Grab.

Český normalizační institut, Praha, 1999.

[11] http://www.humusoft.cz/produkty/matlab/matlab/, [12.3 2010]

[12] http://www.mmspektrum.com, [5.4 2010]

[13] http://www.omegaeng.cz, [24.3 2010]

[14] http://proxis.cz/hsv.htm, [12.4 2010]

[15] http://www1.siemens.cz, [26.4 2010]

[16] http://www.snimace.cz/,[ 27.4 2010]

[17] http://www.vscht.cz/ktk/www324/lab/navody/oborI/obraz.pdf , [22.3 2010]