有限元分析在紡紗領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展

孟亞勇，曹繼鵬，韓賢國，張明光

(1.中原工學(xué)院 紡織服裝產(chǎn)業(yè)研究院，河南 鄭州 450000；2.遼東學(xué)院 服裝與紡織學(xué)院，遼寧 丹東 118003；3.遼東學(xué)院 化工與機(jī)械學(xué)院，遼寧 丹東 118003)

有限元法始于1943年提出，并于20世紀(jì)60年代在工程界得到廣泛的運(yùn)用。有限元的主要思想是將一個(gè)連續(xù)的問題按照某種方法拆分成一系列小的單元，通過對小單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，進(jìn)而求出整體的結(jié)果。常見的有限元軟件有ANSYS、Abaqus、Patran/Nastran、Hypermesh等。有限元法廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，如工程機(jī)械結(jié)構(gòu)力學(xué)分析、柔性材料分析、氣流場分析、電場及復(fù)合場分析、地震模擬分析等。

本文詳細(xì)梳理了國內(nèi)外有限元分析技術(shù)在紡紗設(shè)備及紡紗過程中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及技術(shù)瓶頸，以期將有限元分析軟件更好地應(yīng)用于工程實(shí)際問題，為提升紡紗設(shè)備的性能、優(yōu)選工藝提供有價(jià)值的參考。

1 有限元法在紡紗機(jī)件變形中的應(yīng)用

1.1 開清設(shè)備

紡紗設(shè)備在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生劇烈的震動(dòng)，部分機(jī)件因而會(huì)產(chǎn)生一定量的變形，給工藝控制和生產(chǎn)帶來一定的影響。郭斌杰曾對清花輥筒做了研究，通過對清花輥筒進(jìn)行有限元靜力分析，依據(jù)輥筒離心機(jī)、輥筒質(zhì)量、制造工時(shí)以及電動(dòng)機(jī)功率確定了最優(yōu)方案，同時(shí)證明了該輥筒結(jié)構(gòu)的合理及安全性。

1.2 梳理設(shè)備

王永巖等利用PRO/E軟件對梳棉機(jī)機(jī)架做了三維模型，并應(yīng)用ANSYS軟件進(jìn)行分析，得到了梳棉機(jī)機(jī)架優(yōu)化前后的等效應(yīng)力云圖，優(yōu)化后的機(jī)架增大了其固有頻率，總變形及等效應(yīng)力都減小，提升了機(jī)架的強(qiáng)度和剛度，保證了設(shè)備的穩(wěn)定性。

張鵬程也曾用有限元分析軟件ANSYS Workbench分析梳棉機(jī)機(jī)架在靜載及承受載荷情況下的強(qiáng)度、剛度及動(dòng)態(tài)變形情況，梳棉機(jī)機(jī)架等效變形圖見圖1。由左側(cè)色柱代表的變形程度可知，通過對新型樹脂混凝土材料與鑄鐵機(jī)架材料相比較，采用樹脂混凝土機(jī)架的固有頻率明顯優(yōu)于鑄鐵機(jī)架，在靜態(tài)性能上，由于鑄鐵的彈性模量較高，樹脂混凝土機(jī)架的剛度比鑄鐵機(jī)架要小一些，但不會(huì)影響機(jī)架的總體設(shè)計(jì)要求。研究得出，在外形尺寸相同的條件下，機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理時(shí)，在靜動(dòng)力性能方面樹脂混凝土機(jī)架優(yōu)于鑄鐵機(jī)架。田成成對錫林的結(jié)構(gòu)、受力載荷及材料等做過仿真優(yōu)化分析，得出錫林機(jī)構(gòu)在不同狀態(tài)下的應(yīng)力及最大變形的分布情況，驗(yàn)證了對錫林機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)平衡的必要性，得出錫林直徑在1 000 mm左右時(shí)對纖維的梳理是有益的，同時(shí)提出鋼纖維樹脂混凝土材料為錫林輥筒的優(yōu)化材料。對于與錫林配合梳理的蓋板來說，如何提高梳棉機(jī)回轉(zhuǎn)蓋板的壽命也關(guān)系到梳棉機(jī)的梳理效率，吳洋用ANSYS Workbench對其進(jìn)行研究，通過分析應(yīng)力云圖及交變載荷作用下回轉(zhuǎn)蓋板的疲勞累積損傷系數(shù)及安全系數(shù)，驗(yàn)證了蓋板設(shè)計(jì)的合理性。針對梳棉機(jī)道夫，雷菊珍通過道夫系統(tǒng)的多剛體運(yùn)動(dòng)仿真，得出隨著道夫轉(zhuǎn)速的提高，圓筒變形幾乎呈線性上升，并建議道夫采用較低的速度工作。

圖1 梳棉機(jī)機(jī)架等效變形圖Fig.1 Equivalent deformation diagram of card frame

有學(xué)者在CAE有限元模型基礎(chǔ)上對精梳機(jī)支撐機(jī)構(gòu)系統(tǒng)利用ANSYS軟件進(jìn)行研究，在不改變系統(tǒng)材料屬性的前提下，通過改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方式來提高系統(tǒng)剛度，在系統(tǒng)剛度提高的同時(shí)，系統(tǒng)質(zhì)量也隨之增加。在棉紡工藝過程中，鉗板機(jī)構(gòu)的作用是利用上下鉗板口鉗持棉纖維叢，在錫林梳理時(shí)，防止可紡長纖維被錫林抓走，再將梳理后的新棉纖維叢送向分離羅拉鉗口與下一段棉纖維叢搭接，所以鉗板工作的好壞對精梳機(jī)的梳理效果有很大的影響。梁灼對精梳機(jī)鉗板動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，通過對鉻合金、鋁合金及鈦合金材料的下鉗板進(jìn)行過應(yīng)力模擬，得到了響應(yīng)的鉗板應(yīng)力云圖，見圖2。由圖中左側(cè)色柱代表的應(yīng)力大小可知，下鉗板為上述3種材料時(shí)，下鉗板工作時(shí)最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于其許用應(yīng)力，因此由高速精梳機(jī)的下鉗板應(yīng)力集中而產(chǎn)生的破壞比較小，且3種材料鈦合金形變量最小，采用鈦合金下鉗板可以改善鉗板對纖維橫向的握持均勻性，減少可紡纖維的損失，提高梳理質(zhì)量。

圖2 上鉗板3種合金材料應(yīng)力云圖Fig.2 Stress cloud diagram of three alloy materials on clamp plate.(a) Chromium alloy;(b) Aluminium alloy;(c) Titanium alloy

1.3 并條設(shè)備

賈成舉對并條機(jī)的喂入檢測裝置進(jìn)行筒式結(jié)構(gòu)和框式結(jié)構(gòu)的有限元分析，通過擺臂力學(xué)建模，發(fā)現(xiàn)筒式結(jié)構(gòu)和框式結(jié)構(gòu)變形較大的地方都集中在2處，即彈簧力作用區(qū)域和凸羅拉加載區(qū)域，且筒式結(jié)構(gòu)最大變形集中在彈簧力作用區(qū)，框式結(jié)構(gòu)最大變形集中在凸羅拉加載處。從位移分析結(jié)構(gòu)方面看，框式結(jié)構(gòu)變形均勻，相比筒式結(jié)構(gòu)有一定優(yōu)勢。圈條盤是并條機(jī)上的一個(gè)重要構(gòu)件，陳功等利用Pro/E對圈條機(jī)的圈條盤進(jìn)行三維建模，并用ANSYS軟件進(jìn)行了有限元模態(tài)分析，得出前6階固有頻率及振型，前3階圈條盤的頻率范圍為180～800 Hz，后3階頻率范圍為900～1 300 Hz，為圈條盤的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

1.4 粗細(xì)紗設(shè)備及配套器材和機(jī)件

錠翼是粗紗機(jī)加捻機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，俞煥祥等利用有限元SAP84模塊計(jì)算了國內(nèi)常見的鋼錠翼動(dòng)態(tài)擴(kuò)張量，得到了各種錠翼動(dòng)態(tài)性能的相關(guān)數(shù)據(jù)，為錠翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供了理論依據(jù)。鐘輝等也曾對錠翼擴(kuò)張量做過分析，其采用I-DEAS軟件得出的計(jì)算數(shù)值和實(shí)測值誤差在10%左右，理論上節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，計(jì)算值越精確，誤差估計(jì)越接近實(shí)際情況。

有學(xué)者曾對細(xì)紗機(jī)邊界條件設(shè)置使用有限元分析技術(shù)，并且利用模態(tài)測試技術(shù)對機(jī)架進(jìn)行有限元模型分析，通過改變機(jī)架系統(tǒng)邊界條件，利用有限元計(jì)算固有頻率并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比分析，得出其精度提高40%。張焱焱利用ANSYS進(jìn)行模態(tài)分析確定了細(xì)紗機(jī)的固有頻率和相應(yīng)的振型，為細(xì)紗機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供了理論依據(jù)，同時(shí)也為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。對于細(xì)紗機(jī)而言，牽伸機(jī)構(gòu)是細(xì)紗機(jī)的靈魂構(gòu)件。有學(xué)者對細(xì)紗機(jī)的上下皮圈做過有限元分析，采用正確的橡膠材料做超彈性模型，在不同工作狀態(tài)下，對上下皮圈的摩擦接觸問題進(jìn)行了分析，得到雙皮圈牽伸機(jī)構(gòu)具有較強(qiáng)的中部摩擦力界分布，在運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)吊皮圈現(xiàn)象，從而導(dǎo)致上下皮圈接觸為零，甚至皮圈打折。通過計(jì)算，若加大張力棒的拉力，減小下銷和下皮帶間的摩擦因數(shù)，可以減小甚至消除吊皮圈現(xiàn)象。也有學(xué)者對細(xì)紗機(jī)雙皮圈做過靜態(tài)正壓力分析，得到了細(xì)紗機(jī)雙皮圈靜態(tài)正壓力分布情況，其分析結(jié)果和實(shí)際測量結(jié)果幾乎一致，這為分析和改進(jìn)牽伸機(jī)構(gòu)提供了理論依據(jù)。

自動(dòng)落紗可有效提升紡紗效率。于祥通過SolidWork建立了落紗機(jī)的微型升降裝置模型，在Adams中進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，為絲杠選擇提供了參考依據(jù)，并制作出了一種微型升降機(jī)構(gòu)，通過絲杠順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)落紗機(jī)的上升與下降，其升降豎直方向最大行程為180 mm，還可以實(shí)現(xiàn)絲杠自鎖，從而滿足工作要求。關(guān)于落紗機(jī)的使用方法，鞏健通過優(yōu)化后的自動(dòng)落紗機(jī)進(jìn)行仿真分析，提出一種新型的集拔管、插管于一體的自動(dòng)落紗機(jī)，其適用于錠距為70 mm的細(xì)紗機(jī)，1次拔取3個(gè)滿紗管，時(shí)間周期為3 s，可對不同氣缸進(jìn)行選型，得到主氣缸所需氣壓及送進(jìn)氣所需的氣壓。鄭杰等設(shè)計(jì)了一種粗紗機(jī)集體自動(dòng)落紗裝置，對落紗機(jī)架進(jìn)行了模態(tài)和諧響應(yīng)分析，并對托板進(jìn)行優(yōu)化，提高了落紗機(jī)架一階和二階固有頻率的25.4%和37.4%，從而提高了機(jī)架的穩(wěn)定性。落紗機(jī)械手是落紗的關(guān)鍵部位，張凡等提出了一種仿生性機(jī)械手的設(shè)計(jì)方法，其根據(jù)人體手指抓取的姿態(tài)，建立了機(jī)械手的指節(jié)模型，通過有限元軟件仿真對比，驗(yàn)證了該機(jī)械手可以平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)30～80 mm多尺寸的自動(dòng)落紗。

紡紗過程中，紗線張力控制也十分重要，張磊磊等曾對紗線張力傳感器的彈性體做過有限元建模分析，通過改變原彈性體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布，提高了彈性體的固有頻率，增強(qiáng)了紗線張力傳感器的工作穩(wěn)定性。也有學(xué)者對紗線張力傳感器的彈簧片進(jìn)行過有限元模態(tài)分析，通過改變彈簧片的質(zhì)量分布，使彈簧片的一階固有頻率從890 Hz提高到了1 345 Hz，避免了紗線張力傳感器和紗線產(chǎn)生共振，提高了紗線張力的穩(wěn)定性。

2 有限元法在紡紗過程中的應(yīng)用分析

2.1 流場分析

楊蕾通過運(yùn)用Fluent軟件對梳棉機(jī)后上濾塵管道進(jìn)行模擬，分析了流場內(nèi)速度及壓力的分布特點(diǎn)，得出后上濾塵吸塑管道從入口到出口壓力負(fù)壓急劇下降，在濾塵吸塑管的拐角處負(fù)壓減小更嚴(yán)重，不能有效吸除纖維內(nèi)的短絨，影響了生條質(zhì)量。研究得出，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度應(yīng)該避免濾塵吸管大幅度彎曲，從而保證管道氣流的均勻流暢；通過對不同負(fù)壓的模擬分析，得到了相關(guān)總風(fēng)機(jī)的負(fù)壓的參考值，為濾塵管道在實(shí)際應(yīng)用中恰當(dāng)選擇風(fēng)機(jī)類別提供了理論依據(jù)。

近幾十年來，利用氣流的作用產(chǎn)生一些新的紡紗方法，例如轉(zhuǎn)杯紡、噴氣紡、集聚紡等。氣流在紡織企業(yè)的輔助設(shè)備和紡織測試儀器中也有廣泛的應(yīng)用，像織物透氣儀、空氣解捻器等，此外，在纖維的分離、輸送及紗線的接頭等方面也都離不開氣流的作用。CFD是ANSYS中針對流體分析的模塊之一，通過對流場幾何模型的建立及對流場模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，進(jìn)而對流場進(jìn)行分析。邱玥利用ANSYS中的流體力學(xué)軟件對棉流通道進(jìn)行了氣固兩相流體分析，得出了棉塊在棉流通道內(nèi)隨氣流的運(yùn)動(dòng)情況及打手室內(nèi)部的氣流變化情況，為清棉機(jī)氣流通道的改進(jìn)提出了合理的建議。Kong等也研究了梳棉通道中棉塊的運(yùn)動(dòng)情況，得到了棉塊在流場中的影響因素。Kong等對轉(zhuǎn)杯紡中纖維輸送管道的氣流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出了轉(zhuǎn)杯紡內(nèi)部氣流結(jié)構(gòu)通道的任何變化都會(huì)對輸送管道氣流的流動(dòng)性產(chǎn)生很大的影響。林惠婷通過對轉(zhuǎn)杯中氣流模擬發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)杯直徑增大時(shí)，轉(zhuǎn)杯內(nèi)氣流漩渦減少，氣流速度隨著轉(zhuǎn)杯滑移角的減小而增大，研究得出采用長通道小角度的輸纖通道有利于纖維的轉(zhuǎn)移。關(guān)于轉(zhuǎn)杯復(fù)合紡紗氣流分析的研究可通過建立轉(zhuǎn)杯復(fù)合紡紗通道幾何模型，采用Fluent軟件對三維流場分析，探究轉(zhuǎn)杯直徑、凝聚槽型號及轉(zhuǎn)杯速度對氣流的影響。也可通過參數(shù)化建模、程序開發(fā)、優(yōu)化設(shè)計(jì)及有限元仿真的方法，實(shí)現(xiàn)自排風(fēng)式轉(zhuǎn)杯關(guān)鍵性能參數(shù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，為轉(zhuǎn)杯紡轉(zhuǎn)杯的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和減振降噪提供了技術(shù)思路。

曾泳春等以噴氣紡噴嘴為研究對象對噴嘴中的二維氣流場進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，描述了噴嘴內(nèi)氣流的流動(dòng)特性，同時(shí)分析了各參數(shù)對其內(nèi)部氣流流動(dòng)特性與成紗性能的影響。劉曉艷針對集聚紡紗，采用有限元流場分析的方法，得出集聚區(qū)須條的左右邊界線氣流分布規(guī)律，為進(jìn)一步提高紡紗質(zhì)量提供了理論依據(jù)。錢成使用ANSYS對集聚紡系統(tǒng)和全聚紡系統(tǒng)的流場進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，得出二者靜壓分布均呈“U”型分布。但二者氣流速度分布有很大差異，特別是纖維橫向聚集方向的氣流差異最大。在渦流紡方面，張超通過渦流場CFD軟件進(jìn)行了氣流動(dòng)態(tài)模擬，得到了進(jìn)風(fēng)口數(shù)和纖維環(huán)穩(wěn)定的關(guān)系以及進(jìn)風(fēng)口長度和流量流速的關(guān)系。張勇對噴氣渦流紡內(nèi)部流場進(jìn)行了3種不同工況的模擬，得到了噴孔角度對徑向、切向及軸向速度的影響關(guān)系；還通過4種噴嘴對比實(shí)驗(yàn)，得到了噴嘴單因子紡天絲紗的最優(yōu)參數(shù)。有關(guān)噴氣渦流紡氣流與單紗強(qiáng)度之間的關(guān)系，有學(xué)者進(jìn)行過研究，結(jié)果表明，噴氣渦流紡單紗斷裂強(qiáng)度和噴孔角度基本符合正弦函數(shù)關(guān)系，與錐面體錐角的正切值呈負(fù)線性關(guān)系。

絡(luò)筒工序是毛羽增加最嚴(yán)重的地方，郎軍等對其做過實(shí)驗(yàn)分析，研究表明，紗線經(jīng)過絡(luò)筒工序后，毛羽增加了50%～150%，甚至多達(dá)250%。適當(dāng)?shù)拿饘椢锏谋Ｅ辛己玫淖饔?，但如果毛羽過多，將不利于生產(chǎn)，且容易造成織物產(chǎn)生條影、云斑及緯檔等。有學(xué)者采用有限元分析技術(shù)對減少毛羽裝置進(jìn)行了分析，針對絡(luò)筒機(jī)上的減羽噴嘴采用ANSYS中的FLOTARN CFD功能模擬了氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，結(jié)果表明氣流在減羽噴嘴內(nèi)是以渦流狀運(yùn)動(dòng)，與高速攝像機(jī)捕捉到的結(jié)果是相符的。紗線經(jīng)過渦流作用后，毛羽有了明顯的減小。

2.2 靜電場及磁場分析

利用有限元方法來進(jìn)行靜電場的計(jì)算，很早就有記載。肖震東等用有限元法來求解靜電紡紗中的電場分布情況，但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)條件所限且缺少功能強(qiáng)大的有限元分析軟件，使得計(jì)算繁瑣的同時(shí)精度也相對較差。曹繼鵬等通過在梳棉機(jī)罩板處加裝靜電型棉網(wǎng)清潔器，以提升梳理質(zhì)量，并采用有限元分析法分析了錫林與靜電板之間的靜電場，得出了不同纖維介電常數(shù)、不同隔距和電壓下，纖維在靜電場中的受力情況，為合理選擇靜電型棉網(wǎng)清潔器的有關(guān)工藝參數(shù)提供了理論依據(jù)。

劉青松等利用ANSYS對磁力驅(qū)動(dòng)錠子進(jìn)行了仿真模擬，從磁場強(qiáng)度、轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)方面對錠子的磁力驅(qū)動(dòng)做了分析，提高了磁力分布計(jì)算的精度，為磁力驅(qū)動(dòng)錠子的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了優(yōu)化理論依據(jù)。在轉(zhuǎn)杯紡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，溫曉陽設(shè)計(jì)了一款外轉(zhuǎn)子無齒槽高速永磁直流電動(dòng)機(jī)，從電耗和溫升角度確定了電磁負(fù)荷的最佳值，通過Maxweell電磁場分析軟件仿真，驗(yàn)證了電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案的可行性。

2.3 纖維與器材之間受力分析

由于纖維柔性體的特殊性，在紡紗過程中與器材之間的作用力情況對紗線質(zhì)量有著重要的影響。He Shanshan等通過對刺輥針布針齒不同的傾斜角(0°、1°和2°)應(yīng)用ANSYS軟件進(jìn)行仿真分析得出，隨著刺輥針齒與纖維梳理方向傾斜角的增大，針齒對纖維之間的摩擦力和壓力都顯著增加，更易對纖維造成損傷。其根據(jù)仿真分析結(jié)果設(shè)計(jì)制造出一種新型無傾斜角刺輥針布，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比較發(fā)現(xiàn)，該新型針布使生條棉結(jié)量降低了24.41%，纖維產(chǎn)量提高了8.4%。劉娜等通過對環(huán)錠紡和賽絡(luò)紡的加捻三角區(qū)進(jìn)行有限元分析得出，當(dāng)環(huán)錠紡錠速及捻系數(shù)增加且紗支減小時(shí)，纖維張力變大，且纖維轉(zhuǎn)移量增大。對于賽絡(luò)紡而言，隨著捻系數(shù)增大，右側(cè)初步加捻三角區(qū)纖維張力變大；隨著錠速增加，左側(cè)初步加捻三角區(qū)纖維張力增大，且它們的成紗三角區(qū)纖維變形沿中心軸對稱分布。纖維變形與加捻三角區(qū)的形狀有密切關(guān)系，與環(huán)錠紡相比，賽絡(luò)紡加捻三角區(qū)內(nèi)纖維變形明顯減小，且纖維變形一致性好，對紗線的毛羽和強(qiáng)力有著重要影響。

3 研究不足和展望

以往在紡紗領(lǐng)域，有限元分析大都應(yīng)用在設(shè)備變形受力、機(jī)架材料及形狀優(yōu)化、流場的模擬處理以及少量的電場磁場的耦合分析，或是探討分梳過程中纖維與器材之間的受力情況。在紡紗過程中纖維的分離、梳理及轉(zhuǎn)移等一些不可視化方面的應(yīng)用分析還有待于深入研究，以便對梳理過程及有關(guān)針布器材的選用提供有效的指導(dǎo)建議。此外，由于在有限元分析過程中纖維運(yùn)動(dòng)劇烈，動(dòng)網(wǎng)格劃分頻繁，計(jì)算耗時(shí)較長，使部分有限元分析結(jié)果與實(shí)踐應(yīng)用還存在一定距離。因此，從紡紗系統(tǒng)的整體性考慮，還需要在有限元分析過程加載更多的因素。為使分析結(jié)果更加接近生產(chǎn)實(shí)際，以下4方面還有待于進(jìn)一步探討和改進(jìn)。

①纖維模型的科學(xué)建立。由于纖維材料的特殊性，針對纖維的建模還有待于深入研究，以使模型更加接近生產(chǎn)實(shí)際；大多數(shù)應(yīng)用還沒有考慮紡紗原料的差異化問題，比如常見纖維的泊松比、彈性模量等能表征纖維特性的數(shù)據(jù)，對纖維模型的材料設(shè)置和真實(shí)纖維的性能還有較大差異，對工藝改進(jìn)優(yōu)化的指導(dǎo)還有一定的局限性。

②機(jī)械變形的有效驗(yàn)證。通過有限元仿真分析，得出紡紗過程中機(jī)件的受力變形，缺少針對變形與紡紗質(zhì)量關(guān)系的深入分析，以及加工制造優(yōu)化后產(chǎn)品的具體應(yīng)用和驗(yàn)證方面的研究。

③氣流分析與實(shí)際的差異。對氣流分析時(shí)，由于紡紗過程中多數(shù)以氣流和纖維的混合體形式存在，氣流中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際纖維束大小存在隨機(jī)分布的問題，通常軟件中的氣體是理想狀態(tài)下的，和真實(shí)氣流有一定的差異，分析結(jié)果對生產(chǎn)實(shí)踐指導(dǎo)尚需進(jìn)行有效的修正與驗(yàn)證。

④纖維集合體內(nèi)部受力分析。纖維集合體在梳理過程中，與梳理和紡紗器材進(jìn)行接觸，受到擠壓、梳理、牽伸和加捻等作用力，其內(nèi)部纖維之間的相互作用力一直在變化，影響著纖維的分梳、轉(zhuǎn)移和運(yùn)動(dòng)，隨著有限元軟件的開發(fā)及相應(yīng)功能的齊全，有望在此方面實(shí)現(xiàn)新的突破。

4 結(jié)束語

有限元分析在紡紗領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用，有限元分析技術(shù)可以使紡紗設(shè)備和機(jī)件的細(xì)微變形得以量化，紡紗過程中的氣流、靜電場及磁場以及纖維與器材之間的受力等不可視狀態(tài)得到可視化仿真分析，為進(jìn)一步提高紡紗設(shè)備設(shè)計(jì)的合理性、更好地優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)等方面提供了理論依據(jù)，有利于提升紡紗設(shè)備效能和紡紗質(zhì)量。此外，有限元分析在一些方面還存在不足和局限性，與生產(chǎn)實(shí)際尚存在一定的差距。隨著有限元分析技術(shù)的逐步完善，通過加載更多的影響因素，會(huì)使分析結(jié)果更具科學(xué)性，更接近真實(shí)性，以更好地指導(dǎo)紡紗生產(chǎn)實(shí)踐。