Главная База знаний "Allbest" Производство и технологии Новации в области проектирования, конструирования, технологии изготовления и дизайна швейных изделий и обуви

Новации в области проектирования, конструирования, технологии изготовления и дизайна швейных изделий и обуви

Изучение эксплуатационных и физико-механических свойств материалов для разработки одежды специального назначения с утеплителями. Особенности проектирования специальной одежды и обуви различного назначения: защищающей от внешних факторов и адаптационной.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	дипломная работа
Язык	русский
Дата добавления	21.02.2011
Размер файла	4,6 M

посмотреть текст работы

скачать работу можно здесь

полная информация о работе

весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Затухание звуковых колебаний в полимерных текстильных волокнах и нитях протекает при распространении фронта звуковой волны в непосредственном контакте с текстильной нитью, которая играет роль волновода. При этом каждое отдельное волокно, исполняющее роль волновода, за счёт присутствия внешнего поля взаимодействует с полем близлежащего волновода. Кроме того, образующиеся за счёт переплетения нитей и волокон поры создают среду с поглощающими свойствами [13].

Технология производства тканей со специальными пропитками предусматривает обработку их специальными составами на завершающей стадии отделки. При этом специальный препарат равномерно обволакивает хлопковые и полиэфирные волокна, проникает в структуру волокна и закрепляется там. Во всех случаях расчётные зависимости для К_U весьма сложны, а зачастую просто неизвестны.

Наши исследования показывают, что ткани и материалы со сложным химическим составом волокон, специальными пропитками и отделками показывают значительно лучшие результаты при измерении шумозащитных свойств, чем ткани и материалы, не обработанные специальными пропитками.

Максимальные показатели шумопоглощения и шумоотражения здесь равны:

- 6,3 дБ на частоте 500 Гц;

- 10 дБ на частоте 1000 Гц;

- 21,5 дБ на частоте 3000 Гц.

Изучение акустических свойств материалов в целях проектирования специальной одежды было продолжено в работе серией исследований акустических свойств пакетов материалов.

Были исследованы пакеты материалов, для которых определены акустические параметры. Самыми высокими акустическими параметрами обладает пакет материалов № 10 («Coverstat-RW», шерстон, фланель).

В своих группах каждая из тканей, входящая в данный пакет материалов, имеет один из самых высоких показателей шумопоглощения.

Ясно, что увеличение слоёв материалов и драпировка повышает шумопоглощающие свойства одежды. Исследованиями также выявлено, что суммарное результирующее шумопоглощение тканей верха, подкладки и прокладки не равно шумопоглощению пакета, состоящего из этих тканей, независимо от их местоположения в пакете.

Проведённые нами исследования позволяют предположить, что нанесение на ткань полимерных пропиток и покрытий и увеличение количества слоёв пакета материалов приведёт к повышению их шумопоглощающих свойств. В дальнейшем, для продолжения эксперимента, в качестве ткани верха для проектирования шумозащитной одежды нами рекомендуется ткань «Coverstat-RW».

В качестве усилителей для основной ткани использовались клеевые прокладочные материалы с полиамидным точечным покрытием и полимерные клеи, нанесённые тонким слоем на изнаночную сторону основной ткани.

Такая добавочная обработка материала позволяет создать между слоями ткани дополнительное пространство и увеличивает количество граничащих сред. Изучение пакетов материалов с пропитками и покрытиями полимерными клеями позволяет убедиться в том, что полимеры, обладая большим коэффициентом потерь, являются одними из лучших шумопоглощающих материалов.

Выявлено, что включение в пакет материалов ткани верха со специальными пропитками и покрытиями заметно улучшает шумопоглощение пакета на всех выделенных частотах и, что особо важно, на наиболее опасных для человека высоких частотах от 2000 Гц.

По результатам изучения акустических свойств утеплителей мы рекомендуем в состав шумозащитного пакета материалов ввести «Шерстон» (85 % шерсти, 15 % х/б), так как обладая приемлемыми акустическими свойствами, он имеет необходимые гигиенические и антистатические свойства, что для защитного костюма немаловажно.

В качестве подкладки для изготовления шумозащитной одежды, мы рекомендуем к использованию «Фланель» арт. 831223 (100 % х/б). Обладая поверхностной плотностью 200 г/м², толщиной 0,5 мм и шероховатой структурой поверхности, рекомендуемая ткань обладает оптимальными акустически свойствами.

Пакет материалов - «Coverstat-RW»+ шерстон+ фланель способен к шумопоглощению, равному:

- 1,7 дБ на частоте 500 Гц;

- 5,8 дБ на частоте 1000 Гц;

- 22,2 дБ на частоте 3000 Гц.

Снижение шума рекомендуемым пакетом материалов на рабочих местах работников на 22,2 дБ является весомым результатом, так как общий уровень шума на предприятиях отрасли составляет 80-130 дБ (при допустимом - 75-80 дБ, на частотах выше 800 Гц). К тому же выбранный пакет материалов отвечает всем требованиям (защитные и гигиенические), предъявляемым к пакету материалов для специальной одежды данного ассортимента и назначения.

Исследование акустических свойств волокнисто-пористых материалов с целью их возможного использования при создании дополнительных шумопоголощающих накладок

На практике, в строительстве и автомобилестроении, для поглощения звука наиболее широко применяются пористые материалы [11].

При выборе материалов, которые предполагается использовать для проектирования дополнительных накладок, необходимо уделить особое внимание таким свойствам, как жёсткость и толщина. Звукопоглощение волокнисто-пористыми материалами непосредственно связано с технологией их получения и формируемой при этом структурой.

В исследовании использовались волокнисто-пористые материалы трёх типов:

1 тип - изготовленные из полиэтилена низкой плотности (ГОСТ 16337-70) марки 16802-70 пневмоэкструзионным способом;

2 тип - нетканые (ТУ 21-29-35-5), получаемые иглопробивным способом из отходов волокон промышленного сырья;

3 тип - кожа синтетическая (ТУ 17-21-432-82), синтетическая кожа представляет собой иглопробивную основу из синтетических волокон, пропитанную раствором полиэфируретанов.

Плотность материалов варьировалась в диапазоне 50…500 кг/м³, толщина 0,5-3 мм. Диаметр волокон компонентов соответственно равен: 34,7±21,4 мкм; 26,2±2,0 мкм; 52,3±4,6 мкм; 14,8±2,6; 21,9±3,2 мкм; 24,0±3,2 мкм; 29,4±8,6 мкм.

Для оценки влияния плотности волокнисто-пористых систем и целесообразности их применения в качестве звукоизоляции были выбраны материалы, полученные по различным технологическим режимам.

Толщина образцов изменялась с увеличением количества слоёв материала. Замеры для всех образцов проводились в идентичных условиях.

Результаты экспериментальной оценки волокнисто-пористых материалов представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Коэффициент защиты волокнисто-пористых материалов

Плотность материалов , кг/м³	Толщина d, ?10^-3, м	К_U на частотах:
		250 Гц	500 Гц	1000 Гц	2000 Гц
1 тип - 230	0,5 1,5 2 2,5	0,04 0,04 0,06 0,09	0,09 0,10 0,12 0,34	0,08 0,08 0,19 0,38	0,15 0,25 0,37 0,39
2 тип - 360	0,5 1,5 2 2,5	0,06 0,04 0,08 0,10	0,10 0,09 0,10 0,23	0,09 0,09 0,23 0,3	0,15 0,38 0,37 0,39
3 тип - 500	0,5 1,5 2 2,5	0,06 0,06 0,06 0,08	0,08 0,09 0,13 0,27	0,08 0,09 0,35 0,39	0,17 0,27 0,38 0,39

Волокнисто-пористые материалы могут использоваться в качестве эффективной звукопоглощающей защиты, особенно на частотах 1000 Гц и выше. Коэффициент звукопоглощения возрастает с увеличением их толщины и плотности.

Для исследуемых материалов, полученных иглопробивным способом, было исследовано влияние каждого компонента на коэффициент звукопоглощения, определены сравнительные характеристики материалов, изготовленных из смеси и слоёв одних и тех же компонентов, влияние толщины, плотности и эффекта их взаимодействия на коэффициент звукозащиты.

Так, для слоёв волокон, последовательно состоящих из капрона, вискозного волоса, вискозы, лавсана, восстановленной шерсти, нитрона, коэффициенты звукозащиты на частотах 250, 500, 100 и 200 соответствуют величинам 0,30; 0,50; 0,65; 0,85. При противоположном чередовании данные величины при указанных выше частотах равны 0,28; 0,39; 0,61; 0,69. Для нетканого волокнисто-пористого материала, полученного из смеси компонентов, они составляют 0,1; 0,12; 0,26; 0,37.

Исследование позволило сделать вывод, что К_U слоистых материалов зависит от порядка следования слоёв и выше, чем у аналогов из тех же компонентов, равномерно перемешанных между собой. Следовательно, при прохождении волн через материалы с чередованием слоёв наибольшее звукопоглощение происходит за счёт потери энергии при переходе через границы разных сред. Опытным путём установлено, что полимерные материалы имеют один из лучших показателей шумопоглощения в зонах высоких частот.

В качестве материала для дополнительных накладок рекомендуется использовать синтетическую кожу, причём располагать дополнительные накладки из неё между слоями основной ткани. В результате исследований акустических свойств материалов была установлена взаимосвязь между толщиной материала и его способностью пропускать энергию звука.

На рисунке 5.3 представлены кривые звукозащиты материалами в зависимости от его толщины и частоты звука, составленные по результатам исследований. При этом для каждой частоты определяется предельная толщина материала. Например, при частоте 250 Гц предельная толщина материала, необходимая для достижения наибольшего коэффициента звукопоглощения К_U, должна составлять 0,0007 м, при частоте 500 Гц - 0,0006 м, а при 1000 Гц - 0,0004.

Рис. 2.3. Зависимость коэффициента звукопоглощения материала от частоты звука при различной толщине материала

Из чего следует практический вывод: для ослабления звуков высокой частоты (именно такие являются преобладающими на промышленных предприятиях) можно применять сравнительно тонкие материалы (0,0004-0,0006 м), тогда как для поглощения низких звуков требуются более толстые ткани (0,0007 м).

Математическая модель прохождения звуковых колебаний через защитное устройство

Целью разработки математической модели является описание процесса прохождения звуковых волн через пакет материалов защитной одежды. Причём необходимо учесть целый комплекс явлений, сопровождающий этот процесс. Это сочетание звуковых явлений: дифракция, интерференция, реверберация и воздействие окружающей среды. В зависимости от круга решаемых задач используется имитационное математическое моделирование, которое имитирует поведение системы в различных условиях. Выбирается наилучший вариант методом перебора нескольких вариантов расчёта при различных сочетаниях параметров одежды и условий среды.

При решении задач защиты от какого-либо вредного воздействия производственной среды выделяют источник воздействия, приёмник энергии и защитное устройство, которое уменьшает до допустимых уровней поток энергии к приёмнику. С точки зрения акустики, тело человека можно рассматривать как приёмник звуковых колебаний, а специальную одежду - как преграду для проникновения этих колебаний к телу.

Основным критерием оценки акустической эффективности защиты с точки зрения защиты от шума является коэффициент звукопоглощения (). В общем случае будет статической величиной, включающей в себя информацию о поглотителе, находящемся в условиях звукового поля, когда плоские волны падают на поверхность под всевозможными углами.

Эффективность акустической защиты является понятием относительным, поэтому, прежде всего, следует условиться, какую защиту следует считать эффективной.

Для простоты ограничимся рассмотрением акустической защиты, состоящей из слоя волокнистого материала толщиной d м.

Будем условно считать такую систему эффективной, если вели-чина превышает 0,7 во всём диапазоне частот, начиная с 500 Гц (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Коэффициент звукопоглощения материала на разных частотах

f, Гц	250	500	1000	2000	4000	8000
Б	0,3	0,7	0,9	0,95	0,97	0,99

Для обеспечения такого звукопоглощения, а также с точки зрения экономичности необходимо определить оптимальные параметры системы, а именно: толщину слоя поглотителя d_опт и плотность материала (кг/м³), которые при действии звуковых колебаний определённых частот и выделенных спектральных характеристиках шума могли бы обеспечить надёжную звукозащиту.

Математическое моделирование акустических защитных свойств текстильных материалов

Теоретическое защитное устройство бесконечной толщины представляет собой среду, простирающуюся в направлении распространения волны. Таким образом, волна из одной среды проходит в другую среду (защитное устройство), предварительно попадая на границу раздела этих сред. При падении на плоскую границу раздела двух разных сред плоская волна частично отражается, частично проходит в другую среду, оставаясь плоской, но меняя при этом своё направление распространения, т.е. преломляясь. Таким образом, в общем случае существуют три волны: падающая, отражённая и преломлённая (прошедшая).

При прохождении границы раздела сред без поглощения должен соблюдаться закон сохранения энергии: U_пр + U_отр =U_пад [9]. Кроме того, на границе должны выполняться специфические для звуковых волн условия: по обе стороны границы должны быть равны звуковые давления - принцип непрерывности звукового давления. Условие непрерывности при нормальном падении волн можно записать в виде равенства на границе амплитуд поля в среде i и среде j: [u_m]_j = [u_m]_i.

Тогда закону сохранения энергии можно придать вид (рис. 2.4):

(и ⁺_m)²- (и^-_m)² = (z^s_i/z^s_j)(и_m )², (2.8)

где - и ⁺_m , и^-_m, и_m - амплитуда, соответственно, падающей, отражённой и прошедшей через границу раздела сред волн; z_i - импеданс на единицу площади или удельное волновое (акустическое) сопротивление соответствующей среды.

Величина импеданса рассчитывается исходя из физических характеристик материала (среды) [8], например:

(2.9)

где - плотность материала, кг/м³; с - скорость звука в материале, м/сек.

Скорость продольных звуковых волн в среде определяется как:

(2.10)

где- плотность среды, кг/м³; E - модуль упругости.

Рис. 2.4. Баланс энергии на границе раздела сред

Для текстильных материалов модуль упругости характеризуется условным значением жёсткости.

В среде i существуют падающая и отражённая волна, которые на границе создают суммарную амплитуду [и_т]_i = и⁺_т + и^-_т. В среде j существует только преломлённая волна: [и_т]_j = . Условие непрерывности и закон сохранения энергии позволяют найти амплитудный коэффициент отражения R_ij и амплитудный коэффициент звукопроводности T_ij при падении волны на границу (i, j) из среды i :

. (2.11)

При этом имеем Т_ij = 1 + R_ij, R_ij = -R_ji. Так как значение коэффициента отражения лежит между -1 и +1, то значение коэффициента звукопроводности заключено в интервале от 0 до 2, и он всегда положителен. При равных площадях (S_i = S_j) поверхностей сред соотношения примут такой же вид, который можно получить простой заменой z^S _k на z_k, а при равных импедансах сред (z_i=z_j) - заменой на 1/S_k (k = i, j). Амплитудные коэффициенты отражения и звукопроводности при нормальном падении волн связаны с соответствующими энергетическими коэффициентами соотношениями:

. (2.12)

. (2.13)

Рассматриваемая математическая модель даёт представление об отражении падающей волны при прохождении границы двух сред и проводимости второй среды, но не рассматривается процесс поглощения звуковых волн.

Если рассматривать спецодежду в качестве защитного устройства конечной толщины, то в общем виде процесс взаимодействия звуковой волны при её попадании на границу раздела двух сред (окружающая среда, пакет материалов) с разными акустическими сопротивлениями сводится к тому, что часть падающей энергии звуковой волны отражается от поверхности ЗУ, часть энергии поглощается средой ЗУ, а часть энергии проходит преграду толщиной d.

При этом волна, падая на ЗУ (пакет материалов), частично отражается, а частично может проходить сквозь него. Способность к отражению защитного устройства характеризуют энергетическим и амплитудным коэффициентом отражения (, R). Прозрачные свойства защитного устройства характеризуют соответствующими коэффициентами звукопроводности (, T). Амплитудные коэффициенты звукоотражения и звукопроводности на границах разных сред будем обозначать соответственно через R_ij и T_ij. Эти величины определены соотношениями (2.12). Амплитудные коэффициенты отражения и передачи защитного устройства в комплексной форме обозначим соответственно через и .

; , (2.14)

где и - соответственно амплитуда падающей и отражённой волны на входе в защитное устройство; - амплитуда волны на выходе из защитного устройства.

Рассмотрим случай, когда гармоническая волна падает из среды 1 (рис. 2.5) на защитное устройство произвольной толщины d, состоящее из среды 2, ограниченной с другой стороны средой 3. Примем, что импедансы сред соответственно равны z₁, z₂, z₃. Волновое поле в среде 2 на длине d затухает по экспоненциальному закону , где - коэффициент звукопоглощения. При неравных импедансах сред часть энергии на границе (1, 2) отражается обратно в среду 1 в соответствии с формулой (2.12). Амплитуда падающей волны равна . Обозначив амплитуду отражённой волны через имеем: = R₁₂.

Другая часть энергии пройдёт в среду 2 и, изменившись пропорционально коэффициенту передачи T₁₂ на границе (1, 2), претерпит в среде 2 затухание по закону , так что амплитуда волны в среде 2, которую обозначим через , определится выражением = . Эта волна на границе (2, 3) частично отразится и создаст в среде 2 отражённую волну, амплитуда которой с учётом затухания станет равной = = R₂₃T₁₂ и частично пройдет в среду 3. Амплитуда прошедшей волны будет равна =Т₂₃ е^-. Волна с амплитудой частично пройдёт в среду 1: = =T₂₁T₁₂R₂₃частично отразится от границы (1, 2) и снова будет распространяться в среде 2 в виде волны с амплитудой = R₂₁T₁₂R₂₃е^-3.

Рис. 2.5. Схема защитного устройства конечной толщины

Процесс отражения и прохождения волн на границе сред (1, 2 и 2, 3) будет продолжаться до полного затухания волн.

Суммируя все волны, из которых в среде 1 формируется общая отражённая волна, можно получить для амплитуды этой волны следующее выражение:

. (2.15)

Пользуясь формулой бесконечной геометрической прогрессии, найдём амплитудный коэффициент отражения защитного устройства:

. (2.16)

В среде 3 суперпозиция распространяющихся волн создаст волну, прошедшую сквозь защитное устройство. Амплитуда этой волны на выходе из защитного устройства

. (2.17)

Просуммировав, получим амплитудный коэффициент звукопроводности защитного устройства конечной толщины:

. (2.18)

С помощью формул (2.12) преобразуем коэффициенты R и T к комплексному виду:

, (2.19)

, (2.20)

где z₁₂=z₁/z₂ и z₃₂=z₃/z₂.

Если по обе стороны от защитного устройства находится одна и та же среда, то импедансы z₁ и z₃ равны. Тогда формулы (2.19) и (2.20) преобразуются к виду:

(2.21)

Амплитудные коэффициенты R и T при нормальном падении волн связаны с энергетическими коэффициентами звукоотражения и звукопроводности соотношениями: = R², = T².

Анализ математического аппарата позволяет оценить эффективность звукозащиты, но имеет следующие недостатки:

1. В данной модели рассматривается однослойное защитное устройство, в случае одежды, состоящей из нескольких слоёв, модель будет неадекватной.

2. Математическая модель не позволяет оценить необходимую неоднородность защитного устройства для дополнительной защиты отдельных частей тела и органов человека.

Построение имитационной математической модели многослойного защитного устройства

В общем случае спецодежда выполняется из нескольких слоёв материалов М_i с известными геометрическими размерами, физическими свойствами и характеристиками.

Снаружи из среды М на первый слой М₁падает плоская акустическая волна с амплитудой (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Распространение звуковых колебаний в многослойном защитном устройстве

На границе сред волна частично отражается, частично преломляется. При дальнейшем распространении на каждой границе между слоями материалов волна частично отражается. Отражённые волны при распространении в обратном направлении вновь попадают на границы разделов различных сред и вновь отражаются. При этом на выходе получится волна, являющаяся результатом интерференции волны, прошедшей в прямом направлении через все слои и волны, возникшей в результате многократных отражений, обладающая амплитудой . От многослойного защитного устройства будет отражаться волна с амплитудой , образованная составляющей отражённой волной от слоя 1 и составляющими, однократно и многократно отражёнными волнами от внутренних слоёв (2...N).

Аналитически соотношения амплитуд падающей, отражённой и преломлённой волн связаны амплитудным коэффициентом отражения R и амплитудным коэффициентом передачи Т. Следовательно, в результате расчётов необходимо получить результирующие численные значения величин T и R для ЗУ, состоящего из N слоёв.

Для получения аналитических расчётных соотношений необходимо произвести декомпозицию задачи анализа.

Анализ процесса распространения акустической волны через многослойное препятствие проводится в несколько этапов:

1. Анализ распространения акустической волны через слой материала, имеющий две границы с различными средами.

2. Анализ распространения акустической волны через два слоя, имеющих две границы со средой и границу между собой.

3. Преобразование выражений для случая N слоёв материала.

Кроме того, при этом должны выполняться граничные условия: по обе стороны границы должны быть равны звуковые давления - принцип непрерывности звукового давления или неразрывности вещества и равенство напряжений [12]. Таким образом, в среде i существуют падающая и отражённая волна с комплексными амплитудами и , в среде j существует только преломлённая волна с амплитудой .

Условие непрерывности и закон сохранения энергии позволяют найти амплитудный коэффициент отражения R_ij и амплитудный коэффициент передачи T_ij при падении волны на границу (i, j) с материалом j из среды i и описывается формулой [67].

Амплитуда преломлённой волны в среде 2 будет рассчитываться как

Амплитуда отражённой волны в среде 1 будет рассчитываться как

При распространении в среде 2 на расстояние внутри пакета материала толщиной d волна будет уменьшать свою амплитуду по экспоненциальному закону распространения:

. (2.22)

При прохождении слоя материала ограниченной толщины будет наблюдаться явление многократного отражения волны от границ слоя. При этом волна , распространяющаяся в слое j на границе со слоем j+1, будет также испытывать отражение от границы (j, j+1) и возвращаться назад к границе (i, j), где будет вновь отражаться и интерферировать с волной .

Амплитуда отражённой волны рассчитывается как сумма волн, отражённых от внешней границы 1-2 и волн, многократно отражённых от границ 2-3 и 2-1:

. (2.23)

Применение формулы бесконечной геометрической прогрессии позволяет найти амплитудный коэффициент отражения защитного устройства:

. (2.24)

В среде 3 суперпозиция распространяющихся волн создаст волну, прошедшую сквозь защитное устройство. Амплитуда этой волны на выходе из защитного устройства:

. (2.25)

Применение формулы бесконечной геометрической прогрессии позволяет получить амплитудный коэффициент звукопроводности защитного устройства конечной толщины [10]:

. (2.26)

Для волн, распространяющихся в обратном направлении, выражения (2.24) и (2.26) принимают вид:

(2.27)

Принимая :

, (2.28)

Для защитного устройства, состоящего из двух слоёв материала, будет наблюдаться следующая картина отражений (рис. 2.7):

Рис. 2.7. Распространение волн через двухслойное защитное устройство

Результирующая волна на выходе двухслойного защитного устройства в среде 4 будет образовываться как результат интерференции двух волн: прошедшей в прямом направлении и как результат многократного отражения волн от материалов 2 и 3:

, (2.29)

где - амплитудный коэффициент передачи из среды 1 в материал 3 через материал 2; - амплитудный коэффициент передачи из материала 2 в среду 4 через материал 3; - амплитудный коэффициент отражения волны материалом 3, граничащим со средой 4 в слой 2; - амплитудный коэффициент отражения волны материалом 2, граничащим со средой 1 в слой 3; - амплитуда падающей волны из среды 1.

Соответственно результирующая отражённая волна будет образована составляющей, отражённой от границы раздела среды 0 с материалом 1 и результат многократного отражения волн от материалов 2 и 3:

, (2.30)

где - амплитудный коэффициент отражения волны материалом 2, граничащим со слоем 3 в среду 1; - амплитудный коэффициент передачи из слоя 3 в среду 1 через материал 2.

Применяя формулу суммы бесконечной геометрической прогрессии, получим выражения:

(2.31)

Отсюда для двухслойной защиты:

(2.32)

Для волн, распространяющихся в обратном направлении:

(2.33)

В случае многослойной защиты, состоящей из большего числа слоёв (рис. 2.7), расчёт коэффициентов R и Т возможно проводить, поочерёдно объединяя слои в пары, начиная со слоя 1. При этом результат расчёта характеристик двух слоёв рассматривать как характеристики одного (первого) слоя, с которым следует объединять следующий. При этом общие значения Т и R будут определяться рекуррентной подстановкой выражений самих в себя.

Выражения, записанные в виде коэффициентов рекурсии, имеют вид:

(2.34)

Применение выражений в циклическом алгоритме позволяет получить алгоритм расчёта результирующих коэффициентов отражения и передачи многослойного защитного устройства (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Алгоритм программы для определения амплитудных коэффициентов звукоотражения и звукопроводности

Рис. 2.8. Окончание

Исходными данными для расчёта по приведённому алгоритму являются:

- количество слоёв N;

- вектор значений толщины слоёв;

- вектор значений коэффициента защиты;

- вектор значений акустического импеданса материала.

В результате расчётов были получены значения результирующих амплитудных коэффициентов отражения и передачи защитного устройства.

Задание начальных переменных - величины , выполнено исходя из условия сплошной изотропной внешней среды для защитного устройства.

Определение коэффициента звукопоглощения защитного устройства на основе решения обратной задачи и определение необходимой толщины пакета материала в соответствии с санитарными нормами

Как отмечалось ранее [13], коэффициент звукопоглощения характеризует способность ЗУ уменьшать звуковую энергию от источника.

Рассматривая прохождение звука через ЗУ толщиной d, предположим, что это элемент защитного костюма от повышенного уровня шума.

Введём систему координат на плоскости, как показано на рисунке 2.9.

Рис. 2.9. Схема прохождения шума через ЗУ

Для простоты рассмотрим звук определённой частоты f Гц. Пусть источник шума находится в полуплоскости x < о.

Будем считать его достаточно удалённым от ЗУ, так что фронт падающей на пластину звуковой волны можно считать плоским. В этом случае можно рассматривать одномерную задачу проникновения звука через ЗУ и частичного падения мощности звука в направлении оси x.

Как показано в работе [12], падение мощности звука происходит за счёт превращения энергии звука в тепло или трения частиц в материале преграды.

Построим математическую модель поглощения звука. Поглощение звука происходит от многочисленных отражений звука от волокон или плоскостей пористой среды. Естественно предположить, что количество потерянной энергии в результате этого процесса пропорционально самой энергии звука, хотя бы в первом приближении.

Введя следующие обозначения - U(x) - энергия звука, зависящая от глубины x проникновения звука, - коэффициент звукопоглощения, получаем уравнение:

ДU = -U(х). (2.34)

С краевыми условиями

U |_x=₀ = U_пад, U|_x=d =U_пр, (2.35)

где U_пад - энергия падающей волны; U_пр - энергия прошедшей волны.

Заменяя приращения ДU дифференциалом dU, имеем:

dU = -U или dU ? U =-. (2.36)

Решим полученное уравнение с краевыми условиями.

Знак « - » означает потерю энергии с увеличением x.

Проинтегрируем полученное выражение с учётом того, что U является функцией от x, получим:

или ln |U| = -x + C, (2.38)

где С - произвольная постоянная, возникающая при интегрировании.

Учитывая, что U > 0, модуль под логарифмом можно опустить.

Далее, потенцируя, имеем -

e^ln^U =е^С или U(x) = e^С. (2.39)

Определим неизвестные величины е^С и , используя краевые условия.

При x = 0 имеем U = U_пад, значит e^С = U_пад.

Следовательно,

U(x)=U_пад при 0»x»d. (2.40)

Далее при x = d имеем

U_пр=U_падилиlnU_пр= lnU_пад.(2.41)

Отсюда

d=lnU_пад - lnU_пр

или d=ln(),

или = ln(). (2.42)

Таким образом, получено выражение для определения коэффициента звукопоглощения .

В случае необходимости формула (2.42) может быть уточнена методами статистики. Например, при проведении эксперимента использовались пакеты материалов различной толщины при одной и той же частоте звука. Зная величину для данного пакета, можно определить необходимую толщину ЗУ d_необх, при которой количество энергии, прошедшей через него, не превысит некоторой величины U_доп, заданной санитарными нормами. Используя формулу, имеем:

U_доп = U_падe.(2.43)

Логарифмируя обе части (2.43), имеем

lnU_доп=lnU_пад,

d_необх=lnU_пад-lnU_доп, (2.44)

d_необх= ln ().

Данная формула справедлива для звука постоянной частоты. На основе решения этой задачи можно определить решение более сложной задачи - случая, когда имеет место шум. В этом случае суммарная энергия, прошедшая через ЗУ, определяется формулой

U_сум(x)= U _пад (f)e⁽^f⁾^xd. (2.45)

Таким образом, нами предлагается математическая модель, которая позволила решить задачу подбора рационального пакета материала, с предшествующим процессу проектирования определением необходимой толщины пакета, и прогнозирование способности проектируемой одежды выполнять функцию шумозащиты.

2.2 Особенности проектирования специальной защитной одежды от воздействия тепловых потоков в широком диапазоне температур для нефтегазовой отрасли

Тенденции и характеристики развития специальной одежды для работников энергодобывающего комплекса промышленности

Средства индивидуальной защиты, среди которых спецодежда занимает центральное место, применяются для предотвращения или уменьшения воздействия на работающих опасных и вредных производственных и климатических факторах. К спецодежде для защиты от тепловых потоков следует отнести одежду для защиты от тепла и холода в сочетании с факторами производственной и климатической среды.

Систематизируя представленные данные, можно сформировать основной диапазон тепловых потоков на предприятиях энергодобывающего комплекса, выделив опасные и безопасные интервалы, на компенсацию воздействий которых и направлены дальнейшие исследования. Функциональные основы и конструктивные требования к костюмам, защищающим от тепловых потоков, реализованы в базовых ГОСТах [17, 18] и характеризуют комплексы свойств, проявляющихся специфически для каждого варианта теплового потока среды (от человека в среду и из среды к человеку). Соответственно, и основы проектирования специальной одежды рассматриваются ориентированными на определённый тип системы «человек - одежда - среда», где среда характеризуется либо воздействием на человека пониженных, либо повышенных температур [19-21] и др. Существуют, безусловно, базовые положения для проектирования специальной одежды в целом [22, 23], которые формируют оценку проблемы и методы её решения с точки зрения системного подхода. Однако активное развитие различных отраслей промышленности приводит к широкому спектру специфики производственно-климатической среды и, соответственно, характера воздействий на человека как тепловых потоков, так и сопутствующих факторов, что приводит к значительному усложнению процесса проектирования специальной одежды для защиты от тепловых потоков и потере его целостности.

Рассматривая основные доли отечественного промышленного развития, следует выделить большое значение для страны таких направлений, как добывающая и перерабатывающая полезные ископаемые промышленности. «Российская Федерация играет ключевую роль в обеспечении мировой экономики энергоносителями, прежде всего нефтью и газом. В недрах нашей страны сосредоточено 30 % мировых запасов природного газа и 10 % нефти. Она располагает значительными балансовыми запасами угля - более 12 %. Топливно-энергетический комплекс России обеспечивает 25 % валового внутреннего продукта и 30 % объёма промышленного производства, более 50 % доходов федерального бюджета» [24]. То есть, рассматривая глобально приоритеты профессиональной занятости людей на различных видах производства, можно определить указанный промышленный сектор как наиболее масштабный [25].

Если говорить о спецодежде для отраслей промышленности добывающего энергетического комплекса России, то следует заметить, что существует определённая территориальная ориентация таких предприятий, которая в значительной мере определяет и интерес к различным видам спецодежды. Как отмечается в [24], «Две трети разведанных запасов нефти и её основные месторождения сосредоточены в Западной Сибири, в Ханты-Мансийском автономном округе. Две трети разведанных запасов природного газа приходится на Ямало-Ненецкий автономный округ в Западной Сибири. А по запасам углей Россия занимает второе место в мире после США. Разведанные запасы составляют 194 млрд тонн; из них почти 80 % сосредоточено в Сибири, в том числе более 70 % - в Кузнецком, Канско-Ачинском и Тунгусском угольных бассейнах». Как утверждают официальные данные ОАО «Газпром» [26], «В период после 2010 г. прогнозируемые объёмы добычи газа планируется обеспечить за счёт освоения месторождений на полуострове Ямал, шельфе арктических морей, в акваториях Обской и Тазовской губ, в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке». Такая географическая ориентация выделенного сегмента промышленности определяет обозначение в особую группу по степени интереса раздел специальной одежды - одежда для защиты от тепловых потоков (пониженных и повышенных температур), где общепроизводственный характер среды имеет постоянные условия, а тепловых характеристик - переменные.

Таким образом, общее представление обоснования направлений исследования и совершенствования защитной одежды от тепловых потоков можно сформировать следующим образом (рис. 2.10, 2.11).

Функциональные основы и конструктивные требования к костюмам, защищающим от тепловых потоков, реализованы в базовых ГОСТах [17, 18] и характеризуют комплексы свойств, проявляющихся специфически для каждого варианта теплового потока среды (от человека в среду и из среды к человеку). Соответственно, и основы проектирования специальной одежды рассматриваются ориентированными на определённый тип системы «человек - одежда - среда», где среда характеризуется либо воздействием на человека пониженных, либо повышенных температур [19-21] и др. Существуют, безусловно, базовые положения для проектирования специальной одежды в целом [22, 23], которые формируют оценку проблемы и методы её решения с точки зрения системного подхода. Однако активное развитие различных отраслей промышленности приводит к широкому спектру специфики производственно-климатической среды и, соответственно, характера воздействий на человека как тепловых потоков, так и сопутствующих факторов, что приводит к значительному усложнению процесса проектирования специальной одежды для защиты от тепловых потоков и потере его целостности.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.10. Общее представление обоснования направлений исследования

и совершенствования защитной одежды от тепловых потоков

Рис. 2.11. Комплексное объектно ориентированное обоснование развития исследований:

1 - интервал исследования низкотемпературных тепловых потоков;

2 - интервал исследований высокотемпературных тепловых потоков;

3 - зона гигиенического комфорта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.12. Классификация режимов теплового воздействия на человека в условиях энергодобывающих производств

Данный диапазон ложится в основу оценки жизнедеятельности человека.

Система производственной жизнедеятельности человека в среде тепловых воздействий

Производственная жизнедеятельность человека на предприятиях энергодобывающего комплекса связана с совокупным воздействием как рассмотренных выше тепловых потоков, так и значительного ряда сопутствующих вредных факторов, которые формируют общую характеристику среды и выделяются в особо значимые воздействия, представляющие угрозу жизни и здоровью человека.

Современные исследования показывают, что серьёзным риском для жизни и здоровья человека на нефтегазовом производстве является угроза воспламенения, причиной которой первоначально является искра. К совокупным факторам здесь следует отнести: производственные загрязнения и пыль, которые формируют общую насыщенность воздуха и поверхностей частицами различной природы; газовые примеси, большей частью происходящие в процессе добычи и транспортировки газовых или нефтяных продуктов и представляющие собой определённый катализатор для взрывных реакций; статическое электричество, формирующее тенденции накопления статического электричества, провоцирующего искру. Последнее связано с интенсивным прогрессом в области внедрения на производствах нового оборудования, металлических конструкций, оснащённых электрическим обеспечением. Возможность формирования зарядов статического электричества существенно увеличилась с применением пластических материалов, обладающих высоким сопротивлением. Однако следует учитывать, что накопление электростатических зарядов в значительной мере снижается в условиях среды, насыщенной влагой. То есть особую актуальность электростатическая опасность приобретает в новой выделенной зоне А уточнённого районирования страны, характеризующейся низкой влажностью и низкими температурами.

Таким образом, комплексный анализ условий труда на производствах нефтегазового комплекса в условиях холода сопряжён с сопутствующими воздействиями, которые отражены на рисунке 2.13.

Характерным типом работ в условиях воздействия теплового потока добывающей отрасли являются поисково-спасательные работы в подземных зонах угольных шахт. Такие зоны характеризуются уже потоками внешней температуры повышенного диапазона. Причём интервал тепловых воздействий притока тепла превышает допустимые значения, которые регламентированы в ГОСТ [18].

Рис. 2.13. Схема влияния внешних факторов на нефтегазовом предприятии

Проводя анализ микроклимата в горных выработках, следует выделить сложные метеорологические условия на рабочем месте, которые определяются действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температуры вмещающих пород. Условия работы в шахтах часто связаны с опасными явлениями (газовыделение, пылеобразование, повышенное давление и др.). Этим объясняется то, что уровни травматизма и аварийности до настоящего времени остаются значительно выше, чем в других отраслях промышленности [27]. В такой ситуации, когда нарушается вентиляция, температура в горных выработках ещё более повышается и резко ограничивает возможность выполнения продолжительных горноспасательных работ.

Обобщая всё сказанное выше, следует отметить, что горно-геологические условия работы человека в поставарийных ситуациях угольных шахт относятся к категории особой сложности. Систематизация рассмотренного материала позволила разработать схему влияния факторов окружающей среды на человека на предприятиях угледобычи в условиях высокотемпературных потоков, представленную на рисунке 2.14.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.14. Схема влияния факторов производственной среды на условия труда человека при ведении подземных работ в условиях повышенных температур

Представленные совокупности характерных производственных факторов определяют основные характеристики физиологического состояния человека.

Физиологические особенности функционирования организма человека в условиях тепловых и статического электричества

Чрезмерные тепло и холод оказывают на человека негативное действие, а порой и становятся причиной, которая препятствует нормальной жизнедеятельности человека в этих условиях. Охлаждение организма в процессе производственной деятельности приводит к снижению работоспособности человека, что может быть вызвано недостаточными или избыточными свойствами одежды [28, 19]. Угроза потери работоспособности может исходить и из-за чрезмерного накопления тепла или его дефицита в организме человека [29]. Организм человека можно представить как уникальную систему, рациональное взаимодействие составляющих которой обеспечивает её бесперебойное функционирование. На рисунке 2.15 представлена структура взаимосвязи основных систем организма человека [30].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.15. Система взаимосвязи компонентов организма человека в условиях окружающей среды

Анализ данной системы позволяет выделить особую роль такой составляющей, как кожа, в которой сосредоточена большая часть единичных проводников (рецепторов). В качестве раздражителей выступают факторы температурного режима, которые в значительной мере отклоняются по своим характеристикам от нормативных параметров.

Поэтому немаловажным условием хорошего самочувствия человека, сохранения его высокой работоспособности и здоровья является обеспечение температурного гомеостаза (т.е. термостабильного состояния) организма.

Как было отмечено выше, на современном производстве, оснащённом электроснабжением и пластиковыми конструкциями, существенно обостряется роль важного сопутствующего фактора производственной среды энергодобывающего комплекса - статического электричества.

В зависимости от знака, величины и места скопления электростатического заряда электрическое поле, им созданное, может оказывать негативное влияние на организм человека и даже представлять опасность его здоровью [31]. Длительное пребывание во внешнем электростатическом поле может вызвать функциональные нарушения нервной и сердечно-сосудистой систем.

Влияние электрического поля на живой организм достаточно сложно, так как система управления живого организма построена на нейро-электрических импульсах (смертельным уровнем тока для человека является 0,1А). Кроме этого, воздействие электрической энергии связано с возникновением электрического разряда через газовый промежуток, который не менее опасен. Концентрация на малой площади огромной температуры (до 20000 К) приводит к появлению огромной тепловой энергии. Этот мощный тепловой поток и является основным поражающим фактором при воздействии электрического разряда, вызывающим возгорание одежды и сильные ожоги (нередко с летальным исходом). Всё это происходит за доли секунды, и оказать помощь практически невозможно [31].

Таким образом, комплексный анализ основных особенностей физиологии человека, климатических и производственных условий на предприятиях энергодобывающего комплекса России позволил сформировать диапазон тепловых условий пребывания человека и характерные зависимости сопутствующих факторов среды и физиологии человека, представленные на аналитических схемах (рис. 2.16).

Представленные схемы позволяют определять совокупные сочетания режимов работы системы «человек - одежда - среда» для математического моделирования как основного эффективного аппарата для создания единой методологии проектирования, позволяющей рассчитывать параметры специальной одежды во всём представленном спектре условий.

Рис. 2.16. Схемы комплексного анализа условий среды работы человека в энергодобывающем производстве в характерном диапазоне тепловых потоков

Концепция имитационного моделирования системы «человек - одежда - среда»

Процесс проектирования одежды сложных конструкций с установленными критериями защитных функций выполняется последовательно, осуществляя сначала процесс разработки оптимизированной конструкции изделия. При этом элементы самой системы «человек» и слои специального костюма рассматриваются как слои геометрической фигуры, распределение толщины которых и определяет качество получаемого решения. Однако присутствует определённая степень приближения, где экспериментально полученные данные могут расходиться с расчётными в некоторых допустимых пределах, что может быть обусловлено следующими факторами:

- идеализированного представления человека в виде системы сложных цилиндров и шара;

- соприкосновением отдельных участков одежды друг с другом, которое нарушает симметрию тепловых потоков;

- несимметричностью фактического распределения в толщине пакета воздушных прослоек, что изменяет эквивалентный коэффициент теплопроводности на отдельных участках пакета;

- деформацией пакета на отдельных участках тела;

- упрощённым представлением внутреннего механизма теплорегуляции и теплопродукции;

- несимметричностью расположения теплотворных органов внутри тела человека.

Такие отклонения данных допустимы для оптимизационного моделирования. Однако более точные результаты можно получить, только смоделировав весь обратный процесс теплообмена в заданных условиях, с большей детализацией и оценив поведение системы. Для этого необходимо реализовать модель туловища, для которой определяются все внутренние и внешние воздействия на систему, позволяющие найти значения установившихся температур внутри тела человека и на его поверхности [32-35].

Человеческий организм представляет собой термостатичную систему с внутренним источником тепла, в которой при нормальных условиях количество вырабатываемого тепла - теплопродукция - соответствует количеству тепла, отдаваемому во внешнюю среду [35].

Температура человека устанавливается в результате взаимодействия процессов выработки тепла и отдачи в окружающую среду. При изменении соотношения между величинами теплопродукции и отдачи тепла происходит колебание температуры тела человека. Постоянство температуры тела человека обеспечивается благодаря регулированию интенсивности теплопродукции и теплоотдачи в зависимости от температуры окружающей среды. Однако в установившемся процессе теплообмена эти взаимосвязанные величины фиксированы на одном уровне, и вся система не претерпевает резких изменений, т.е. находится в состоянии теплового баланса. Такой подход вполне правомерен, так как позволяет получить одежду, обеспечивающую комфортные условия для человека при определённых (как правило, предельных) условиях внешней среды [34].

Математическое описание такого объекта, как туловище человека, является непростой задачей, так как его строение отличается несимметричным расположением внутренних теплотворных органов и наличием ряда сложнейших систем жизнеобеспечения человека, которые в совокупности образуют систему человеческого организма [32, 35]. На примере большинства работ, посвящённых построению математических моделей, описанных в [36], можно сохранить принцип деления внутренних компонентов туловища человека на участки: ядро; мышцы туловища; жир туловища; кожа туловища.

Страница:

дипломная работа "Новации в области проектирования, конструирования, технологии изготовления и дизайна швейных изделий и обуви" скачать

Подобные документы

Нововведения в области конструирования, проектирования и дизайна швейных изделий и обуви
Советы эксперта в отношении проектирования швейных изделий. Исследования предпочтений в обуви людей пожилого возраста. Требования к оснащению предприятий лёгкой промышленности оборудованием. Творчество кафедры "Моделирование, конструирование и дизайн".

магистерская работа [3,2 M], добавлен 21.02.2011
Исследование теплозащитных свойств и геометрии пакетов с объемными несвязными утеплителями
Особенности влияния охлаждающего микроклимата на организм человека. Расчет теплового сопротивления и толщины пакета материалов одежды в комплекте с пальто. Зависимость теплового сопротивления одежды от свойств материалов и конструкции швейных изделий.

курсовая работа [159,2 K], добавлен 02.03.2014
Конструирование одежды
Характеристика основных требований к конструкции одежды. Анализ современных методов проектирования швейных изделий. Технология изготовления, виды, особенности оформления и градация лекал. Основы стандартизации художественного проектирования костюма.

курсовая работа [35,3 K], добавлен 15.12.2010
Технология производства швейных изделий
Основные этапы изготовления швейных изделий: проектирование, подготовительно-раскройный, пошив, отделка. Материалы для изготовления деталей одежды, способы их соединения. Влажно-тепловая обработка швейных изделий. Дефекты при изготовлении одежды.

реферат [33,5 K], добавлен 17.09.2009
Основы технологии швейных изделий
Производственный состав швейных предприятий, виды работ при производстве одежды, способы соединения. Влажно-тепловая обработка изделий. Технологические процессы обработки и сборки узлов. Рациональное использование материалов при изготовлении одежды.

курсовая работа [2,9 M], добавлен 12.10.2011
Способы определения размеров и форм деталей одежды
Одежда как результат многовекового опыта человека. Анализ основных путей расширения ассортимента швейных изделий. Особенности разработки системы автоматизированного проектирования одежды. Рассмотрение способов определения размеров и форм деталей одежды.

курсовая работа [117,2 K], добавлен 04.10.2012
Особенности проектирования специальной одежды. Костюмы мужские для защиты от кислот
Проектирование специальной одежды. Ассортиментная группа изделий. Требования, предъявляемые к текстильным материалам. Конструктивные способы обеспечения эргономичности конструкции. Особенности технологического решения модели. Средства и способов ухода.

реферат [2,4 M], добавлен 17.05.2011
Моделирование и конструирование швейных изделий
Характеристика защитной функции одежды. Деление класса бытовой одежды по предметному перечислению. Достоинства и недостатки "Единого метода конструирования одежды". Характеристика телосложения женских фигур. Конструирование одежды в массовом производстве.

контрольная работа [1,1 M], добавлен 28.11.2009
Особенности конфекционирования материалов изделий из кожи
Общая характеристика женских туфель из кожи, требования к их качеству. Конфекционирование и экономическое обоснование материалов для наружных, внутренних и промежуточных деталей обуви. Ранжирование физико-механических свойств подкладочных материалов.

курсовая работа [49,9 K], добавлен 28.10.2010
Конфекционирование материалов
Классификация и общая характеристика коллекции искусственного меха. Ассортимент платьевых шерстяных и полушерстяных тканей и требования, предъявляемые к ним. Свойства нетканых материалов в одежде различного назначения. Изготовление специальной одежды.

контрольная работа [21,6 K], добавлен 15.01.2011

Другие документы, подобные "Новации в области проектирования, конструирования, технологии изготовления и дизайна швейных изделий и обуви"

весь список подобных работ

скачать работу можно здесь

сколько стоит заказать работу?

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

Новации в области проектирования, конструирования, технологии изготовления и дизайна швейных изделий и обуви

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Тенденции и характеристики развития специальной одежды для работников энергодобывающего комплекса промышленности

Система производственной жизнедеятельности человека в среде тепловых воздействий

Физиологические особенности функционирования организма человека в условиях тепловых и статического электричества

Концепция имитационного моделирования системы «человек - одежда - среда»

- идеализированного представления человека в виде системы сложных цилиндров и шара;

- соприкосновением отдельных участков одежды друг с другом, которое нарушает симметрию тепловых потоков;

- деформацией пакета на отдельных участках тела;

- упрощённым представлением внутреннего механизма теплорегуляции и теплопродукции;

- несимметричностью расположения теплотворных органов внутри тела человека.

Подобные документы