Influence of Crimp and Inter-Yarn Friction on the Mechanical Properties of Woven Fabric under Uniaxial/Biaxial Tensile Loading

• Autorzy: Huang Canyi , Cui Lina , Xia Hong , Qiu Yiping , Ni Qing-Qing

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0014.3797

Warianty tytułu

PL

Wpływ zagniatania i tarcia między przędzami na właściwości mechaniczne tkaniny pod jednoosiowym/dwuosiowym obciążeniem rozciągającym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the present research, a physical-geometric-feature of continuous yarn in a plain woven fabric was created and its FE model was analysed by considering the two key issues of woven fabric, the crimp and inter-yarn friction. The basic parameters of Young’s modulus of single yarn and the inter-yarn friction coefficient were investigated for practical fabrics in tensile and pull-out tests. FE analysis indicated that the stress-strain curves of the FE model were effective in evaluating the equivalent modulus of a woven fabric by comparing with a tensile experiment on Twaron CT® Plain Woven Fabric. In addition, a simplified three dimensional model of the unit cell of plain woven fabric (UCPW) was employed to quantitively investigate two important fabric characteristics – the crimp rate of the yarn and inter-yarn friction-to determine their influence on the mechanical properties of the fabrics. Furthermore, we used FE analysis to evaluate how the crimp rate and inter-yarn friction affected the mechanical properties by determining the equivalent modulus of single yarn and UCPW in both uniaxial and biaxial tensile loading. The stresses at representative nodal points and the mechanical interaction between yarns were also investigated from a microscopic perspective, and their deformation mechanisms were also analysed and discussed.

PL

W pracy stworzono fizyczno-geometryczną cechę przędzy ciągłej w gładkiej tkaninie i przeanalizowano jej model FE, biorąc pod uwagę dwa kluczowe zagadnienia tkaniny: karbikowatość i tarcie między przędzami. Zbadano podstawowe parametry: moduł Younga przędzy pojedynczej oraz współczynnik tarcia między przędzami. Analiza FE wykazała, że krzywe naprężenie-odkształcenie modelu FE były przydatne w ocenie tkaniny przez porównanie z eksperymentem rozciągania tkaniny Twaron CT® Plain Woven. Ponadto zastosowano uproszczony trójwymiarowy model komórki elementarnej z gładkiej tkaniny (UCPW) do ilościowego zbadania dwóch ważnych cech tkaniny: szybkości fałdowania przędzy i tarcia między przędzami – w celu określenia ich wpływu na właściwości mechaniczne tkaniny. Ponadto wykorzystano analizę FE, aby ocenić, w jaki sposób szybkość fałdowania i tarcie między przędzami wpłynęły na właściwości mechaniczne. Dokonano tego poprzez określenie równoważnego modułu pojedynczej przędzy i UCPW zarówno przy jednoosiowym, jak i dwuosiowym obciążeniu rozciągającym. Naprężenia w reprezentatywnych punktach węzłowych i mechaniczne interakcje między przędzami zbadano również z perspektywy mikroskopowej, a także przeanalizowano i omówiono ich mechanizmy deformacji.

Słowa kluczowe

EN

finite element analysis; FEA; unit cell; plain woven fabric; UCPW; tensile test; equivalent modulus; crimp; inter-yarn friction

PL

analiza elementów skończonych; FEA; komórka elementarna; tkanina gładka; próba rozciągania; równoważny moduł; fałdowanie; tarcie między przędzami

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 28, no. 6 (144)
• Strony: 43--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Huang Canyi

• Quanzhou Normal University, College of Textiles and Apparel, Quanzhou 362000, China
• Shinshu University, Interdisciplinary Graduate School of Science and Technology, Ueda 386-8567, Japan

autor

Cui Lina

• Quanzhou Normal University, College of Textiles and Apparel, Quanzhou 362000, China
• Shinshu University, Interdisciplinary Graduate School of Science and Technology, Ueda 386-8567, Japan

autor

Xia Hong

• Shinshu University, Institute for Fiber Enginnering, Ueda 386-8567, Japan

autor

Qiu Yiping

• Donghua University, College of Textiles, Department of High-Tech Textiles, Shanghai 201620, China

autor

Ni Qing-Qing

• Quanzhou Normal University, College of Textiles and Apparel, Quanzhou 362000, China
• Shinshu University, Institute for Fiber Enginnering, Ueda 386-8567, Japan

Bibliografia

• 1. Mahadik Y., Hallett SR. Finite Element Modeling of Tow Geometry in 3D Woven Fabrics. Composites: Part A 2010; 41; 1192-1200.
• 2. Tehrami-Dehkordi M, Nostray H. Tensile Behavior Simulation of Woven Fabric with Different Weave Pattern Based on Finite Element Method. Journal of Textiles and Polymers 2015; 3.
• 3. Lin J J. Applying GM to Predicting Elastic Property and FEM to Analyzing Tensile Damage Behavior for Woven Fabric. J. Text. Inst. 2014; 105: 1029-1041.
• 4. Chen S, Ding X, Fangueiro R, Yi H, Ni J. Tensile Behavior Of PVC-Coated Woven Membrane Materials Under Uni- and Bi -Axial Loads. J Appl Polym Sci 2008; 107: 2038-44.
• 5. Lin H, Long AC, Sherburn M, Clifford M J. Modelling of Mechanical Behaviour for Woven Fabrics Under Combined Loading. International Journal of Material Forming 2008; 4: 899–902.
• 6. Manohar G. Kollegal, Srinivasan Sridharan. Strength Prediction of Plain Woven Fabrics. Journal of Composite Materials 2000, 34(3): 240-257.
• 7. Wu J, Pan N. Grab and Strip Tensile Strengths for Woven Fabrics: An Experimental Verification. Text Res J. 2005; 75: 789-96.
• 8. Leaf G A V, Kandil K H. The Initial Load-Extension Behaviour of Plain Woven Fabrics. J. Text. Inst., 1980; 71: 1-7.
• 9. Reinhardt HW. On the Biaxial Testing and Strength of Coated Fabrics. Exp Mech 1976; 16(2): 71-4.
• 10. Chen S, Ding X, Yi H. On the Anisotropic Tensile Behaviors of Flexible Polyvinyl Chloride-Coated Fabrics. Text Res J. 2007; 77(6): 369-74.
• 11. Zhang Y, Zhang Q, Ke L, Bei-lei K. Experimental Analysis of Tensile Behaviours of Polytrafluoroethylene-Coated Fabrics Subjected to Monotonous and Cyclic Loading. Text Res J. 2014; 84(3): 231-45.
• 12. Majid Tehrani-Dehkordi, Hooshang Nosraty. Tensile Behavior Simulation of Woven Fabric with Different Weave Pattern Based on Finite Element Method. Journal of Textiles and Polymers 2015; 3(1) 1: 34-39.
• 13. Tan VBC, Shim VPW, Zeng X. Modelling Crimp in Woven Fabrics Subjected to Ballistic Impact. Int J Impact Eng 2005; 32: 561-74.
• 14. Ying Wang, Xiaogang Chen, Robert Young, Ian Kinloch. Finite Element Analysis of Effect of Inter-Yarn Friction on Ballistic Impact Response of Woven Fabrics. Composite Structures 2016; 135: 8-16.
• 15. Broughton Roy M, Yehia El Mogahzy, Hall D M. Mechanism of Yarn Failure. Textile Research Journal 1992; 62( 3): 131-134.
• 16. Youqi Wang, Yuyang Miao, Lejian Huang, Daniel Swenson, Chian-Fong Yen, Jian Yu, James Zheng. Effect of the Inter-Fiber Friction on Fiber Damage Propagation and Ballistic Limit Of 2-D Woven Fabrics Under A Fully Confined Boundary Condition. International Journal of Impact Engineering 2016; 97: 66-78.
• 17. Yanyan Chu, Shengnan Min, Xiaogang Chen. Numerical Study of Inter-Yarn Friction on the Failure of Fabrics Upon Ballistic Impacts. Materials and Design 2017; 115: 299-316.
• 18. Ying Wang, Xiaogang Chen, Robert Young, Ian Kinloch. A Numerical and Experimental Analysis of the Influence of Crimp on Ballistic Impact Response of Woven Fabrics. Composite Structures 2016; 140: 44-52.
• 19. Gogineni S, Gao X-L, David NV, Zheng JQ. Ballistic Impact of Twaron CT709® Plain Weave Fabrics. Mechanics of Advanced Materials and Structures 2012; 19, 6: 441-452.
• 20. Lim CT*, Shim VPW, Ng YH. Finite-Element Modeling of the Ballistic Impact of Fabric Armor. International Journal of Impact Engineering 2003; 28: 13-31.
• 21. Gasser A, Boisse P, Hanklar S. Mechanical Behavior of Dry Fabric Reinforcement. 3D Simulations Versus Biaxial Tests. Comput. Mater. Sci. 1999; 17, 7-20.
• 22. López-Gálvez H, Rodriguez-Millán M, Feito N, Miguelez H. A Method for Inter-Yarn Friction Coefficient Calculation for Plain Wave of Aramid Fibers. Mechanics Research Communications 2016; 74: 52-56.
• 23. Carvelli V, Poggi C. A Homogenization Procedure for the Numerical Analysis of Woven Fabric Composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2001; (32): 1425-1432.
• 24. Frącczak Ł, Matusiak M, Zgórniak P. Investigation of the Friction Coefficient of Seersucker Woven Fabrics. FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe 2019; 27, 3(135): 36-42. DOI: 10.5604/01.3001.0013.0740.