機織土工布結構與力學性能的關系

尉　霞　羅梁飛

土工布力學性能主要指土工布的強力和伸長特性，它是衡量質量的重要指標。在實際應用中，會有大量土工材料堆積在土工布上，因此要求土工布有一定的強度。此外，還有抗集中載荷的能力，如頂破、撕裂等。土工布的強伸性能直接影響到產品的質量用途，也影響到紡織加工工藝和生產效率。在開發土工布品種時，強伸指標就顯得尤為重要，如土工布的強力過大或過小，都會對紡織加工的生產效率造成困難。本文的研究內容可以認識不同因素（水平）在相同水平（因素）條件下對機織土工布力學性能的影響，為改善機織土工布的力學性能提供更科學更合理的方法；最終測試結果的分析研究為機織土工布在公路、河堤、水壩、海港等產業領域的開發和應用提供有價值的參考依據。

1原料及測試儀器

原料：經緯紗均為66.67tex丙綸長絲。儀器：YG（B）026D型電子織物強力機。

2正交試驗設計

選取2因素3水平，各因素及水平見表1。

由于正交表選擇要求列數m要大于或等于因子的個數，即m≥2，且所選試驗次數n盡可能地小。綜合考慮，最后選定正交表L9（34）。

3測試結果及正交試驗結果

拉伸、撕裂、頂破測試結果見表2。

從表2可以看出，在相同緊度條件下，3種織物的斷裂強力大小為：平紋>斜紋>方平。這是由于平紋織物內紗線的交織點最多，浮長最短，拉伸時，織物中受拉伸系統紗線被非拉伸系統紗線擠壓力大，經緯紗間切向滑動阻力大，故有助于織物強力的增大。在相同組織條件下，隨經向緊度（即經密）的增加，緯向緊度（即緯密）的減小，經向斷裂強力增大，而緯向斷裂強力減小，這是由于經密的增大使得經紗間的摩擦增大，而緯紗間的摩擦減小。

在相同緊度條件下，3種織物的撕裂強力大小為：平紋>斜紋>方平。這是由于方平織物的經緯紗交織點數少，紗線在撕裂過程中能做相對移動的程度大，使受力三角區增大，受力紗線根數增多，故撕裂強力大。在相同組織條件下，隨經向緊度（即經密）的增加，緯向緊度（即緯密）的減小，經向撕裂強力增大，而緯向撕裂強力減小，這是由于經密的增大使得經向受力三角區增大，有利于提高經向撕裂強力。

對于同一種組織，當經、緯紗織縮率和經、緯密度相近時，頂破強力最大；這是由于經、緯兩系統紗線同時發揮分擔負荷的最大作用。在其他相同條件下，織物的伸長率和織縮率越大，則織物的頂破強力高；這是由于織物的伸長率和織縮率越大，頂破時的頂破伸長大，織物各個方向上的張力在頂裂方向的有效分力也大，故使織物的頂破強力增加。

4方差分析

拉伸（經向）、撕裂（經向）、頂破的方差分析結果及顯著性判斷見表3。

由表3可看出，斷裂強力（經緯向）、撕裂強力（經緯向）的回歸方程均是高度顯著的，組織和緊度均為影響織物斷裂強力（經緯向）、撕裂強力（經緯向）的顯著因素，在影響程度上，組織>緊度，即織物組織比緊度更能影響機織土工布的拉伸性能、撕裂性能。頂破強力的回歸方程是顯著的，緊度對機織土工布的頂破強力影響顯著，而組織影響不顯著。

5建立回歸方程

根據方差分析，得二元回歸方程模型為：Y＝β₀＋β₁X₁＋β₂X₂＋ε。把織物組織系數X₁和緊度X₂作為自變量，土工布的強力Y作為因變量，可得如下方程。

（1）經向斷裂強力與經向緊度的擬合回歸模型為：y＝2588.4－836.371X₁＋13.898X₂；當組織分別是平紋、斜紋和方平時，得出的經向斷裂強力與經向緊度的關系式為：Y₁＝1752.03＋13.898X₂，Y₂＝1216.75＋13.898X₂，Y₃＝1143.99＋13.898X₂；其關系曲線見圖1。

（2）緯向斷裂強力與緯向緊度的擬合回歸模型為：＝224.1－870.226X₁＋32.193X₂；當組織分別是平紋、斜紋和方平時，得出的緯向斷裂強力與緯向緊度的關系式為：Y₁＝－646.126＋32.193X₂，Y₂＝－1203.07＋32.193X₂，Y₃＝－1278.78＋32.193X₂；其關系曲線見圖2。

（3）經向撕裂強力與經向緊度的擬合回歸模型為：y＝－122.518＋184.726X₁＋3.986X₂；當組織分別是平紋、斜紋和方平時，得出的經向撕裂強力與經向緊度的關系式為：Y₁＝62.208＋3.986X₂，Y₂＝180.433＋3.986X₂，Y₃＝196.504＋3.986X₂；其關系曲線見圖3。

（4）緯向撕裂強力與緯向緊度的擬合回歸模型為：y＝－372.904＋181.45X₁＋6.125X₂；當組織分別是平紋、斜紋和方平時，得出的緯向撕裂強力與緯向緊度的關系式為：Y₁＝－191.454＋6.125X₂，Y₂＝－75.326＋6.125X₂，Y₃＝－14.540＋6.125X₂；其關系曲線見圖4。（5）頂破強力只有一個顯著影響因素，因此得一元回歸方程模型為：Y＝β₀＋β₁X＋ε。把織物經向緊度X作為自變量，土工布的頂破強力Y作為因變量，可得擬合回歸模型為：y＝168.062＋25.11X。

6結束語

土工合成材料是繼鋼材、水泥、木材之后的第4種建筑材料，具有較高的拉伸強度、延伸性和整體性、良好的水力特性，能起到較好的隔離、過濾、排水、加筋、防滲、保護、封閉的作用，在堤壩坡岸、公路建設、鐵路建設、工業與民用建筑物、農業、環保等領域有著廣泛的應用。力學模型不僅是研究描述紡織材料粘彈性力學現象的有力手段，同時可以應用其模擬結果來解釋紡織材料的變形機理，并指導生產中的一些問題。

參考文獻

[1]吳孟達.高等工程數學[M].北京：科學出版社，2004：164–203.

[2]張有方.工程數學（2版）[M].杭州：浙江大學出版社，2003：266，273–291.