基于MATLAB對織物撕裂峰進行數字化判別的研究

程浩南

江西服裝學院 江西省現代服裝工程技術研究中心(中國)

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基于MATLAB對織物撕裂峰進行數字化判別的研究

程浩南

江西服裝學院 江西省現代服裝工程技術研究中心(中國)

選用3種不同規格的織物為試樣，利用電子織物強力儀對試樣進行織物單縫撕破強力的測定，運用C語言編寫代碼在MATLAB環境下對測試數據進行數字濾波處理，通過對撕裂曲線的濾波處理方案的確定和單縫法撕裂濾波處理前后曲線的對比分析，實現了對織物撕裂峰的數字化判別。基于MATLAB對織物撕裂峰進行數字化判別的結果表明：均勻撕裂曲線和集束撕裂曲線顯示出較少的曲線波動，常見撕裂曲線顯示的曲線波動很多。

MATLAB； 單縫法撕裂； 撕裂峰； 數字化判別

相關中國國家標準指出：在強力-伸長曲線上，斜率由正變負點處對應的強力值均稱為撕裂峰值，撕裂峰值兩端的上升力和下降力必須確保兩端的上升力和下降力不小于前一峰下降值或后一峰上升值的10%[1]。織物的撕裂曲線中，并不是所有的峰都是撕裂峰，往往存在一些由于滑移等原因造成的不屬于撕裂峰的曲線波動。但是現階段撕裂峰的判定主要依靠技術人員的主觀判斷，因此容易受技術人員個體差異的影響。而有關織物撕裂的研究大多集中在撕裂原理和測試方法的研究上，有關撕裂峰的數字化判斷卻鮮有報道[2-7]。本研究運用C語言編寫代碼在MATLAB(Matrix Laboratory)環境下對數據進行數字濾波處理，提出撕裂峰的數字化判別，為織物撕裂的進一步研究提供理論參考。

1　試驗

1.1材料

本研究選用了3種不同規格的試驗材料，具體見表1。

表1　試樣規格與參數

1.2儀器及步驟

試驗采用溫州大榮紡織儀器公司的YG(B)026H型電子織物強力機。

根據GB/T 3917.2—2009 《紡織品 織物撕破性能第2部分：褲形試樣(單縫)撕破強力的測定》進行測試，試驗步驟如下。

——調節實驗室的溫濕度環境：溫度25 ℃，相對濕度65%。

——電子織物強力機的拉伸隔距設定為100 mm。

——試樣需分別夾入上下夾具中，并確保切割線與夾具的中心線對齊，試樣的未切割端處于自由狀態，且試驗不需預加張力。

——啟動YG(B)026H型電子織物強力機，設定拉伸速率為100 mm/min，拉伸隔距每增加0.05 mm跟蹤記錄一次強力值，測試數據利用Excel統計并輸出。

2　試驗數據處理

2.1數據處理方法的選擇

撕裂曲線中的波動并不都是撕裂峰，為便于撕裂峰數字化判別所用參數的確定，本研究運用C語言編寫代碼在MATLAB環境下對數據進行數字濾波處理，即對抽樣的數據進行數學處理。

MATLAB是20世紀70年代末Math Works公司的首席科學家Clever Moler博士在研究線性代數、矩陣理論和數值計算過程中設計的一個工具軟件。該軟件具有非常規范的輸出數據組織形式、強大的數值計算能力、專業的工具箱、現成的功能子程序和優秀的圖形界面等，已成為科學研究和工程技術開發過程中廣泛應用的一個軟件工具[8]。用戶在MATLAB軟件的運行環境下，可以集成進行相關程序設計、數值計算、圖形繪制、輸入輸出和文件管理等多項操作[9-10]。

利用MATLAB的強大運算功能，基于MATLAB信號處理工具箱的數字濾波器設計法，可以快速有效地設計由軟件組成的常規數字濾波器。設計方便、快捷，極大地減輕了工作量，且在設計過程中可對比濾波器特性，隨時更改參數，以達到濾波器設計的最優化。

2.2數據分析處理流程圖

數據分析處理流程如圖1所示。

圖1　數據分析處理流程圖

3　撕裂曲線的濾波處理方案及其確定

織物的撕裂曲線中，并非所有的峰都是撕裂峰，因此在對撕裂曲線進行分析之前首先應進行曲線的過濾，濾除那些不屬于撕裂峰的曲線波動。

3.1曲線濾波方法的選擇

根據傳統的撕裂峰定義，運用C語言編寫代碼，對撕裂曲線進行濾波處理，去除一些不屬撕裂峰的曲線波動。具體擬定了以下3種方案。

方案1：取先舍后，即當相鄰兩峰值點間距小于t時，保留前一峰值，去除后一峰值。圖2(a)所示為濾波處理前撕裂曲線，若t1

(a) 濾波處理前　(b) 濾波處理后

對于撕裂曲線的過濾而言，這種方法可以有效地保留較小的撕裂峰值，但某些相對較大的峰值可能會被去掉，如圖2(b)所示。

方案2：取大舍小，即當相鄰兩峰值點間距小于t時，保留較大的一個峰值，去除較小的峰值。如圖3(a)為濾波處理前的撕裂曲線，若t1

(a) 濾波處理前　(b) 濾波處理后

對于撕裂曲線的過濾而言，這種方法可以有效保留較大的撕裂峰值，但某些相對較小的峰值可能會被去掉，如圖3(b)所示。

方案3：峰距法，即當相鄰兩谷值間距小于t時，去除這一曲線波動，連接兩個谷值點。圖4(a)所示為濾波處理前撕裂曲線，若t1t，則去除t1段內的曲線波動，處理后的曲線如圖4(b)所示。

該方法對于撕裂曲線的過濾而言，優點是可以有效地保留撕裂峰，但其在過濾掉不是撕裂峰的曲線波動的同時容易引起新的曲線波動。

(a) 濾波處理前　(b) 濾波處理后

綜合這3種方案的優缺點，本研究選用方案3對試驗數據進行有效處理。處理過程引起的新的曲線波動，可通過對曲線的再次過濾處理以消除。為方便起見，本研究設定相鄰兩谷值間距為峰距，亦即單個撕裂峰的寬度，用t表示。

3.2撕裂曲線濾波處理的參數選擇

為能有效地過濾撕裂曲線，針對撕裂峰的選取原則，本研究引入峰距(t)、撕裂峰波動范圍(H)、上升力值(F1)和下降力值(F2)4個參數(圖5)。

圖5　撕裂曲線過濾參數

——峰距(t)。撕裂曲線中兩個谷值點之間的距離。

——撕裂峰波動范圍(H)。撕裂曲線中最大峰值點與最小谷值點之間的力值差。

——上升力值(F1)。撕裂曲線中峰值點與相鄰的前一個谷值點的力值差。

——下降力值(F2)。撕裂曲線中峰值點與相鄰的后一個谷值點的力值差。

3.3單縫法撕裂曲線中判定撕裂峰所用參數的確定

通過對各種類型撕裂曲線的分析研究及大量驗證，初步確定了單縫法撕裂曲線中所用參數。

——t的確定。tmin=0.4mm，即當峰距t≤0.4mm時曲線的波動不能算作撕裂峰。

——F1的確定。根據國家標準中對于撕裂峰選取的要求，確定F1min=H×10%，即當上升力值小于H×10%時，曲線波動不能算作撕裂峰。

——F2的確定。通過對不同撕裂曲線的分析對比，最終確定1∶4

4　單縫法撕裂濾波處理前后曲線的對比分析

織物在拉伸撕裂過程中，單縫法撕裂曲線峰的形狀不僅受拉伸系統中經、緯紗滑動程度和撕裂三角區紗線聚積量的影響，還受非拉伸系統中紗線從織物中抽出情況的影響，導致試驗得出的撕裂曲線形狀多樣，不利于后續的理論分析。本研究參考相關研究成果[11]，根據單縫法撕裂曲線的峰形，將撕裂曲線分為均勻撕裂曲線、常見撕裂曲線和集束撕裂曲線3類。

4.1均勻撕裂曲線

圖6為出現均勻撕裂的1#織物在拉伸速率為100 mm/min時的經向撕裂曲線。其中，圖6(a)是濾波處理前的撕裂曲線，圖6(b)是對原撕裂曲線進行濾波處理后的曲線。

由圖6(b)可見，撕裂曲線得到了有效過濾。對比處理前后的撕裂曲線，可以發現濾波處理前后的撕裂曲線差異較小，撕裂強力變化不明顯。由此可見：均勻撕裂曲線中不屬于撕裂峰的曲線波動很少。

(a) 濾波處理前的撕裂曲線

(b) 濾波處理后的撕裂曲線

圖61#織物濾波處理前后的撕裂曲線

4.2常見撕裂曲線

圖7為出現常見撕裂的2#織物在拉伸速率為100 mm/min時的經向撕裂曲線。其中，圖7(a)是濾波處理前的撕裂曲線，圖7(b)是對原撕裂曲線進行濾波處理后的曲線。

(a) 濾波處理前的撕裂曲線

(b) 濾波處理后的撕裂曲線

圖72#織物濾波處理前后的撕裂曲線

由圖7(b)可見，撕裂曲線得到了較為有效的過濾。對比發現，處理前后撕裂曲線形態變化較大，說明常見撕裂曲線中不屬于撕裂峰的曲線波動很多。

4.3集束撕裂曲線

圖8為出現集束撕裂的3#織物在拉伸速率為100 mm/min時的經向撕裂曲線。其中，圖8(a)是濾波處理前的撕裂曲線，圖8(b)是對原撕裂曲線進行濾波處理后的曲線。

(a) 濾波處理前的撕裂曲線　　　　(b) 濾波處理后的撕裂曲線

由圖8(b)可見，撕裂曲線得到了有效的過濾。對比處理前后的撕裂曲線，可以發現濾波處理前后撕裂曲線差異較小，撕裂負荷變化不明顯。由此可見，集束撕裂曲線中不屬于撕裂峰的曲線波動很少。

5　結論

——運用C語言編寫代碼在MATLAB環境下對數據進行數字濾波處理，可以有效地對撕裂峰進行數字化判別。

——基于MATLAB對均勻撕裂曲線、常見撕裂曲線和集束撕裂曲線數字濾波處理后進行數字化判別，結果表明：均勻撕裂曲線和集束撕裂曲線顯示的曲線波動較少，常見撕裂曲線顯示的曲線波動很多。

[1]紡織品 織物撕破性能 第2部分:褲形試樣(單縫)撕破強力的測定:GB/T 3917.1—2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[2]姚穆.紡織材料學[M].北京:中國紡織出版社,2009:25-78.

[3]鄧麗麗,呂麗華,姜紅.機織物撕裂破壞機理及其影響因素[J].大連輕工業學院學報,2004,23(1):63-65.

[4]姚瀾,吳堅.機織物撕裂強力的測試方法分析[J].大連輕工業學院學報,2001,20(3):221-224.

[5]劉曉丹,侯維巖,李銳君,等.織物撕裂性能檢測準確性研究[J].上海紡織科技,2010,38(9):6-8.

[6]姜啟鋼,陳旭煒,李毓陵,等.芳砜綸織物的撕破性能研究[J].產業用紡織品,2007,25(2):26-28.

[7]王婷,安紅.棉型服裝面料撕裂性能預測分析[J].江蘇紡織,2005，24(6):36-39.

[8]孔祥強．MATLAB軟件在空間解析幾何教學中的應用探索[J].計算機應用與軟件,2012,29(8):297-300.

[9]孫祥,徐流美,吳清．MATLAB 7.0基礎教程[M].北京:清華大學出版社,2005:1-36,244-306．

[10]案冬俠．MATLAB在數字圖像處理技術中的應用[J].陜西紡織,2009,30(4):50-51．

[11]程浩南.剪切作用下棉織物撕裂曲線分類的研究[J].山東紡織科技,2015,57(5):8-11.

Research on fabric tearing peak digitized discrimination based on MATLAB

ChengHaonan

Jiangxi Provincial Modern Research Center of Clothing Engineering Technology，Jiangxi Institute of Fashion Technology， Nanchang/China

The three different sizes of fabrics were selected as experimental materials for tearing strengthmeasurement by electronic fabric strength tester. Digital filter processing for the test data was made through using C language to write codes in the MATLAB environment . The digial discrimination of fabric tearing peak was realized by comparative analysis on the tearing curves before and after the digital processing and the filtering process scheme. The discrimination results showed that the tearing curve volatitlity of even and episode tearing curves were less than the commmon curves.

MATLAB； single-rip tear； tearing peak； digital judgment