创意设计的时尚张力（共9篇）
创意设计的时尚张力 篇1
1 整体设计思路
拟开发的快走丝线切割机, 钼丝的恒张力控制系统主要由以下三个部分组成:张力采样信号放大部分、张力的伺服控制调节部分、张力显示部分组成。
当钼丝张力的大小由于某种原因发生波动时, 通过设置在切割端的力传感器, 将检测到的张力变化转换为电压信号, 经运算放大器放大后, 一部分经过A/D芯片和液晶显示器便可得到和看到张力大小;另一部分通过电压比较器和给定值进行比较, 得到偏差值。那么张力存在两种情况, 要么过小、要么过大, 这都需要进行调整。当张力过小表明钼丝处于松弛状态, 电压比较器输出高电平信号接入电液伺服阀的一个线圈, 进而控制输入液压缸的液体的流量, 驱动张力调整机构动作, 使钼丝张紧, 使张力回复到原限定值;当张力过大时, 电压比较器输出高电平信号接入电液伺服阀的另一个线圈, 电液伺服阀向相反的方向动作, 张力调整机构动作, 使钼丝变松驰回复到其原来原限定值。以此达到显示与控制张力的目的。
1.张力浮动辊;2.电放大器;3.力传感器;4.滚筒;5.钼丝;6.张力调整液压缸;7.电液伺服阀;8.滚轮
其控制系统的原理图、方框图见图1和图2。
本设计要求:在机床开始运行前能显示钼丝张力的初值, 根据加工时的需要调节张力大小, 在加工过程中, 能随时显示张力大小并适时调整, 防止张力的不稳, 保证加工精度和质量, 提高生产效率。这样不论是不同直径的钼丝还是加工中的各种干扰都可以方便的调节张力的大小, 达到恒张力控制的目的。
2 机械部分的设计方案
在这个钼丝恒张力的闭环控制系统中, 张力的机械调节装置是其执行部分, 其设计的主要要求为:能满足整个控制系统的设计要求, 与液压部分相连, 运行灵活、平稳、振动小、结构简单、制造容易、在断丝时机构能激活机床的制动装置等。
(1) 确定机构装置的结构设计方案。
①单导轮调节。
随着钼丝的松紧, 导轮所处的位置不同, 形成的角度是个变量。所以钼丝张力随着角度的改变而变化。这种结构在实际使用中不能完全达到钼丝运行过程中内部张力完全一致, 既不能产生恒张力。那么在本设计整体方案中有液压部分与机械部分相连, 由液压缸与机械装置的连杆来调节张力大小, 利用单导轮在上、下方向的运动及角度的变化可以调整张力大小。当力传感器检测到张力过大或过小时, 导轮在液压缸驱动下沿导轨向上或向下运动, 直到达到给定张力值为止。
②双导轮调节。
当运丝系统正向运转时, 由于换向冲击载荷的作用, 导轮2可随其丝动作向上绕其转轴转动, 以使导轮1、2受力达到平衡, 协调了载荷的冲击变化。当运丝系统反向运转时, 由于换向冲击载荷的作用导轮1可随丝动作向上绕其转轴转动, 也能使导轮1、2受力达到平衡, 缓解了冲击载荷的变化。也能满足恒张力控制。
以上所述可以看出单导轮调节和双导轮调节都可以满足整体设计要求, 因整体设计中已有张力传感器、电液伺服阀和液压缸可检测、缓解冲击载荷的变化, 且张力调节装置部分设计机构越简单, 越不容易在运行过程中出错。所以选择单导轮调节, 既保持了张力的恒定, 又能满足整体设计要求。
(2) 张力大小的预先确定。
由于钼丝张力的大小对运行时钼丝的振幅和加工稳定性影响很大, 直接影响到加工精度, 所以在不引起断丝的情况下, 张力T的值在其最大拉力的范围内尽可能取大些。应用几何学黄金分割法, 张力取钼丝最大拉力F的0.382~0.618之间 (通常钼丝直径小时取值接近上限, 直径较大时取值接近下限) 。因此, 对常用直径的钼丝 (0.1mm~0.2mm) , 其张力可参考 (表1) 来选取。
(3) 确定张力调节装置的结构设计。
导轮和导轮的轴承选标准件。为了使运行时导轮的滑行平稳、灵活, 导轮与轴柱之间采用导轨, 起到支承调节装置的作用。轴柱部分因装配因素分成两段, 之间用螺栓连接。在轴柱与杠杆之间的连接采取螺栓加垫圈连接, 这样可以达到连接牢固的目的。为了使运行端与液压部分相连时能平稳、灵活的运动, 选择了铰链机构。液压缸的驱动杆与调节装置的杠杆, 以及杠杆与固定支架的连接也采用铰链。
在调节设定张力时, 超过钼丝极限, 也应进行保护。有两种方式, ①闭和开关;②对电液伺服阀进行手动调节。如加工过程中钼丝突然断丝, 需紧急制动, 因原机床上已有制动开关, 在轴柱上朝制动开关方向安装一个杆, 当断丝时杆触碰到制动开关使机床停机, 达到制动的目的。
综上所述采用力传感器检测钼丝张力的波动, 与给定值比较, 得到偏差值, 通过电放大器, 电液伺服阀等进行适时调整, 由张力调节器调节钼丝张力大小, 形成一个闭环控制系统, 实现恒张力控制。该方案并且可以实现定量选择张力初值, 及适时显示加工状态时的张力值, 是一个改造快走丝线切割机床恒张力机构, 提高钼丝张力控制精度的可行方案。
注:钼丝抗拉强度бb=1400 MPa
参考文献
[1]朱吉象.高速走丝线切割机恒张力机构研究[J].作电加工与模具, 1996 (6) :30-32.
[2]陈剑, 腾向阳, 贺志新, 电火花线切割机恒张力控制系统的研究[J].电加工与模具, 2007 (1) :61-63.
创意设计的时尚张力 篇2
教学方案：
1课时
综合课（知识、欣赏、实践）
1、认知目标：让学生初步了解我国历代服装和我国各民族服装的发展，培养学生对服装设计的兴趣及对“美”的感悟。
3、技能目标：让学生通过练习来表达自己的个性，让他们体会到亲手设计服装的乐趣。
1、教学内容：学习服装知识，设计制作服装。
3、难点：引导学生对服装进行大胆的设计、制作。
1、为学生准备手头资料。
[教学过程（）]
将同学进行分组，六人一组并选出组长和模特
1、播放服装大赛表演VCD，让学生感受时尚生活的美。
师：同学们看了后有什么感觉？
生：模特的身材好棒。
师：你们想不想当模特？想不想穿漂亮衣服。
师：那我们今天就来学习跟服装有关的知识，自己来当服装设计师，自己走台步。
2、欣赏、讨论我国的历代服装：
学生根据教师下发资料和播放图片进行讨论：
b、中国服饰有什么规律可循？
教师和学生共同探讨前三个问题。（学习服装知识并进行爱国主义教育）
“服饰在人类生活中占有极其重要的地位。。。。中国人民创造了无数精美绝伦的服饰，为世界服装之林作出突出贡献，中国服装具有强大的生命力和艺术感染力。”
学生配合各民族服装特点（资料），采用七个常见的民族出示图片请同学到黑板上连线教学。
B、造成各民族不同服饰的原因有那些？
课堂摘要：
生齐答：五十六个
生：不一样。
生1：民族风俗不一样。
生3：地理位置不一样。
生：应该。
（屏幕显示各民族服饰）
4、由各民族服装引入海宁服装：
师：了解完我国历代服装和各民族服装后，请问我们海宁服装有什么特色？
师：请同学来介绍海宁皮衣的历史背景和发展情况。你知道有关海宁皮衣的都可以谈一谈。
师：是的，海宁皮衣不光覆盖全国，还出口海外。出口市场有俄罗斯、韩国、美国等40多个国家和地区。
师笑：是的，这点大家都知道。海宁皮革城始建于1994年，现有建筑面积16万平方米。营业用房有4000余间。
生：周王庙是皮革第一镇。
师小结：“天下奇观海宁潮，中国皮衣看海宁”，海宁的皮革业由来以久。。（讲述海宁皮衣发展的过程），20世纪90年代。。使海宁成为了名副其实的皮衣之都。
师：海宁除了有皮衣外，还有什么特色吗？
生热闹了：老师，杭州生产唐装，但海宁没听说过生产唐装呀？
生恍然大捂：就在我们许巷镇。。。
课堂摘要：
生：有刚才讲的民族装。
师：学生装、警察的警服，工人的工作服我们都称为什么呢？
（屏幕显示服装的种类）
知识点：
b、生活装：
d、民族装：
六人一组，由学生自己推荐一个组长、一个模特。将一匹布在模特生上设计一件时装。没有特定的要求，学生自己想怎样设计就怎样设计。由组长安排谁裁剪、谁缝补、谁做装饰。教师鼓励学生大胆设计，集思广益，发扬合作精神。
7、请各组代表谈自己组里的设计意图，学生设计的服装进行服装表演。教师对他们的服装设计给予肯定。
电视节目舞台设计的艺术张力 篇3
关键词：实景设计,舞美设计,技术革命
由于现代艺术各门类之间的多向交叉与多元融合, 随之而来的科技技术革命, 电视舞台设计变得越来越复杂, 其发展速度也越来越快。近些年, 舞台设计发展取得了惊人的艺术效果。
舞台设计即舞台美术设计, 兼有时间艺术和空间艺术的性质, 是四维时空交错的艺术。它具有很强的技术性、复杂性, 以及对物质条件的依赖性, 在艺术创作上属于再创造。主要内容是营造舞台环境、营造舞台氛围、打造舞台意境。而电视节目的舞台设计也经历了不断变化发展。
1 展示设计与舞台设计艺术的相互融合
展示陈列设计简称展示设计, 是以“展示具”为标的物的设计, 以说明、展示具等为间接的标的物, 用来烘托主角“展示物”的一种设计, 是视觉设计的一种, 常被称为平面设计。随着现代科技的不断发展和创新, 视觉设计这一名词早已不仅仅局限于平面设计的范围, 而是将灯光、色彩、文字和图形等多种艺术表现手段, 运用到电视领域中, 大大地丰富了电视节目舞台的艺术表现力。
通俗地说, 电视节目舞台展示设计就是实景设计, 它与其他展示设计存在一定的区别, 电视领域的展示设计是舞美设计与传统的展示设计相互交叉与相互融合的过程, 是将展示设计的展示性结合舞台设计的复杂多样性, 使整个舞台更具有舞台性, 以此来达到想要表现的艺术效果。电视舞台的展示设计与一般舞台的展示设计不同, 它是具有一定的艺术生命力, 在舞台实景设计的过程中, 布景和道具等舞台设计要素都与主题相关, 根据节目的实际需要, 更好地营造与节目主题相关的舞台环境。
电视舞台的展示设计与一般展示设计还有一个本质性的区别, 即舞台展示设计的艺术功能——舞台氛围。舞台氛围是指某种情绪性的制造与渲染, 同时营造舞台氛围感是电视艺术中一项重要的创作任务。在演出处理中, 通过对舞台展示设计的渲染, 可以更突出舞台情景的感染力, 能直接为登场人物创建出适当的环境、配置适当的背景不仅能让舞台更具有完整性, 而且能直接加强观众的感受和情感体验, 从而更有力地表现和烘托节目思想, 以达到渲染舞台气氛。此外, 通过舞台展示设计也可以打造舞台意境。最为典型的是话剧舞台的设计, 目前还在广泛地应用展示设计, 如《茶馆》在舞台设计时, 要搭建十几层实景, 在场景与场景切换时, 通过灯光来完成。话剧的舞台
设计很复杂, 是展示设计与舞台设计相互交叉融合最为常用的。
2 技术革命与舞台设计艺术相互融合
相对来说, 展示设计实景搭建较为复杂, 艺术效果的展示有期局限性, 对拍摄要求很高, 有时无法展现宏大的场面。在技术快速发展的今天, 种种高科技手段在电视节目舞台上被充分利用。
2017年, 江苏卫视跨年演唱会以“幸福盒子”为主题打造了极简风的舞美, 融入增强现实技术、地屏跟踪技术等各种高科, 全方位提升了观众的视听感受, 被誉为“史诗级”舞美。
演唱会刚一开始, 一头大蓝鲸从“海面”腾空而起, 闪转腾挪之后一头扎入“海”中, 栩栩如生, 现场气氛也被推向高潮。紧接着, 林俊杰《曹操》前奏响起, 一头巨大的猛犸象闯入观众的视线, 效果十分震撼。观众纷纷惊叹:“这些神奇动物究竟是哪里来的?”据悉, 这是江苏卫视特别引进的增强现实技术 (Augmented Reality, AR) , 这是一种利用计算机生成逼真的视、听、力、触和动等感觉的虚拟环境, 让观众沉浸其中, 且毫无违和感。除了现增强实技术, 本次跨年演唱会还首次使用了地面屏幕实时运动跟踪系统。之所以启用这基技术, 与这次演唱会的舞台设计有很大关系。据了解, 2017年, 江苏卫视跨年演唱会的舞台主打天与地模式“天上8块小屏幕, 彼此独立又运动变化;地上一块6米宽、48米长的整屏。如此巨大的整体屏幕, 自然而然为舞美设计提供了更多可能。”“情歌王子”林宥嘉迷幻开唱, 一名舞者随着音乐缓缓而来, 此时地屏随着她的运动轨迹划出一道美丽的弧线, 宛如花样滑冰, 美得格外诗情画意。人气王吴亦凡激情亮相, 舞者俯身在地面起舞, 地屏则随之变幻出各种造型, 科技感十足。此外, 突破性地放弃了传统的三面台模式, 首度启用了四面台。后者虽然在技术操作和电视直播上难度更高, 但能给观众提供多一重视角, 最大限度地调动现场气氛。而四面台的投入使用也和高科技更完美地与整台晚会相融合, 从而打造穿越时代的史诗级舞美。
3 结语
论述时尚与现代设计的关系 篇4
摘 要：文章主要讲述了时尚和现代设计的由来、发展和意义，以及随着社会的突飞猛进、科技的日新月异，时尚已从最初少数人的独享发展到大众的需求向导，而时尚的类别也涵盖了各行各业，延伸到各个领域，时尚已从单一需求向产业化发展。时尚文化发展至今，已成为人们生活中不可缺少的一部分。本文论述了时尚影响着设计的发展，阐明了时尚与设计的相互关系，时尚引领设计，促进设计的发展。
关键词：时尚、设计、现代、潮流、影响 正文：
法国时尚学院（IFM）和巴黎HEC商学院认为：懂得穿着的内涵是时尚最重要的，时装是一种态度，和谐的组合、色彩的搭配、产品的多样性反映了内在的品位与修养。除了法国时装之外，音乐、戏剧、电影都是巴黎文化的代表，浓厚的文化氛围是巴黎最突出的特点。法国文化独特的开发性多元性造就了法国设计师的开放性，时尚也更加开放。法国品牌最看重的是高品质，色彩的设计、精致的面料与做工。在法国市场，质、价比是消费者最看重的，裁减合身也是十分重要的。服装生产与加工工业在巴黎已经不存在了，在浓厚的文化背景下，创意与创造更新的产品是法国设计师追求的重点。巴黎魅力男士讲究的是卫生与健康，时尚只是外壳，灵魂才是最重要的。
很多人会把时尚与流行相提并论，其实并不如此。简单地说，时尚可以流行，但范围是十分有限的，如果广为流行，那还有时尚的感觉吗？追求时尚是一门“艺术”。模仿、从众只是“初级阶段”，而它的至臻境界应该是从一拨一拨的时尚潮流中抽丝剥茧，萃取出它的本质[1]和真义，来丰富自己的审美与品位，来打造专属自己的美丽“模板”。追求时尚不在于被动的追随而在于理智而熟练的驾驭时尚。
时尚是在特定时段内率先由少数人尝试、预认为后来将为社会大众所崇尚和仿效的生活样式。简单地说，顾名思义，时尚就是“时间”与“崇尚”的相加。在这个极简化的意义上，时尚就是短时间里一些人所崇尚的生活。这种时尚涉及生活的各个方面，如衣着打扮、饮食、行为、居住、消费、甚至情感表达与思考方式等。
时尚发展至今已经成为普遍存在的社会现象，它代表着时尚群体的特定需求，而在时尚潮流中，设计扮演的应是创造者的身份。标新立异的设计，创造出不一样的时尚风潮。现代设计作为人类设计史上最重要的、最具影响力的设计活动之一，它兴起于20世纪20年代的欧洲，经过几十年的迅猛发展传播，其风潮几乎波及全球，在它的影响下，又产生出许许多多新的设计风格和流派。
“现代设计”与”当代设计”在设计领域中具有完全不同的含义。什么叫“现代”？这要区分三个范畴：科学领域、艺术领域、工业设计领域。在科学技术和经济方面，“现代”指工业化以后的两个历史时期。第一次现代化时期指两次世界大战期间，西方国家出现以流水线为代表的经济高速发展，尤其是1920年代形成了以柏林为中心的科学艺术繁荣时代。第二次现代化时代指1950年代后期到1960年代后期西方的经济繁荣和美国式的消费时代。这两个时期被称为现代时代，又叫机器时代。在这几百年中西方国家一直信仰科学技术，追求物质和现代性，它的发展过程往往处在繁荣、危机、耗尽、创新的循环中。
现代主义设计是从建筑设计发展起来的，20世纪20年代前后，欧洲一批先进的设计家、建筑家形成了一个强力集团，推动所谓的新建筑运动，这场运动的内容非常庞杂，其中包括精神上的、思想上的改革，也包括技术上的进步，特别是新的材料的运用，从而把千年以来设计为权贵服务的立场和原则打破了，也把几千年以来建筑完全依附予木材、石料、砖瓦的传统打破了。继而，从建筑革命出发，又影响到城市规划设计、环境设计、家具设计、工业产品设计、平面设计和传达设计等等，形成真正完整的现代主义设计运动。由于塞尚的立体派和抽象主义，现代艺术有了客观化趋势，这种客观化遵循理性主义，用几何形体和简约抽象的色彩概括客观对象，这些特性与大机器批量生产的标准化、机械化技术要求正好合拍，成为大机器生产的必然和最佳选择。在两者结合的基础上，诞生了现代主义设计。其中最具典型特征的是荷兰“风格派”和俄国构成主义。荷兰“风格派”提倡严格理性的审美观，设计多用黑、白、灰等中性色；平面和立体的造型都严格遵循几何式样，并且把几何形式与新兴的机器生产联系起来，追求那种来自于机械的严谨与精确。俄国构成主义的艺术家们叹服于工业文明的巨大成就，着迷于机械的严谨结构方式，努力寻求与工业化时代相适应的艺术语言和设计语言。从荷兰“风格派”和俄国构成主义设计中我们能看到，技术和艺术达到了最佳的结合，同时，也正因为这种最佳结合，现代设计成为二十世纪上半叶最稳定、最具影响力的设计风格，以至在后期发展为风靡全球的“国际主义”风格。技术在不断发展，人的精神需要也是复杂多样化的，当技术的发展为这种多样化的需求提供了实现的条件后，设计也就从以现代主义为主而走向了多元化。
而时尚对建筑设计有很大的影响，其形成影响的原因主要体现在流行文化、服装、产品、平面设计、艺术的表现形式和行为等方面。而建筑时尚要求的变化反映了建筑设计在风格上的变迁。受时尚潮流影响的建筑师，会以一种时尚的眼光来对建筑进行判别和理解。从而有意无意的在其作品中体现出来，引领或是跟风时代的脚步。作为生活、文化、艺术等载体的建筑，可以通过其标志性的特点推动或创造一种来源于建筑本身的时尚。构成时尚要素的形态、表现材料和色彩并非孤立的表达在建筑中，虽然每一个时期都有不同的倾向点，三者的变化却总是交织在一起，从而构建了能对某一时代进行叙述的建筑语言，就像现代建筑设计有自己本有的特点形成了现代的时尚风格。由此可见，时尚和现代设计的关系是非常密切的。现代设计是时尚的前沿元素，在现代设计中我们看得到时尚的东西，在时尚流行中又能看到设计的影子。从设计的各个类别中，不难看出，优秀的设计，特别是符合特定人群需求的设计，往往能创造以特定时期的时尚风潮，现代设计也一样。时尚的创造者主要也是设计师和顶级品牌两类。
设计创造时尚，并不是盲目的而是自发的，也不是所有的设计都能创造时尚，只有走在尖端的前沿的设计才是时尚的缔造者，而其余跟风的一般设计，只能受到时尚风潮的影响，成为时尚的追随者。例如：金币创始人：黄越翎女士全世界设有多家的流行色预测机构，专门研究色彩的潮流。每年会分两季发布他们经过调研分析后所预测的系一年或两年内的流行色趋势，提供给设计时参考。商业投资者和设计师在某一季或一年共同推出的几种颜色，营造一种“某色是最流行”的商业气氛。随之，新的流行色系便产生了。这种情形在时装市场尤为明显，时装界经常引领色彩的潮流，时装设计师每推出新一季的作品，都会带来连锁反应，其他周边产品诸如饰物、手表等都会采用类似的色调。所以说流行色主导一段时期设计的色彩趋势，而受流行色指引的新潮设计又带动了新一轮的时尚。其实时尚依附于设计左右，在设计达到高峰的同时也促成新的时尚高峰的形成，而时尚的高峰同时也潜在的影响着设计的发展。从大的方向而言，设计以先驱者的身份引导者时尚。
现代设计是现代时尚的创造者，同样时尚也可以引领现代设计。时尚现象与时尚潮流在时尚交替中影响着当代设计的发展与方向，影响人们追逐时尚的因素，主要表现为对商品造型、功能结构、色彩选择等方面的推崇与欲望。时尚的发展也朝向新颖、新奇、进步等的概念，对立于陈旧与过时。所以时尚也是有更替周期性的。现代设计的周期性变化不断地刺激消费，促进时尚产业的发展，带来契机。在现代的时尚潮流中，时尚总是自觉不自觉地引领着设计的方向。时尚讯息传递的目的，最终是要形成时尚产业的不断创新的刺激，从促进现代设计的发展。
优秀设计师必须正确把握时尚的潮流，迎合时代的特征，从历史与时代中寻找元素，感悟流行趋势，根据潮流周期的变化，创造出满足时尚群体需求设计。结束语： 时尚与现代设计密不可分，设计创造时尚，时尚也引领设计。但是优秀的设计不一定是时尚的设计，但真正优秀的设计却一定是符合时代的发展趋势，在一定程度上是调和社会趋势与流行趋势的结果。优秀的设计以满足时尚群体的需求作为向导，符合现代设计的发展趋势，创造时代的潮流。参考文献：
陈望衡。艺术设计美学 武汉：武汉大学出版社 2000
刘艺琴，郭传普。平面广告设计与制作 武汉：武汉大学出版社 2002 张宪荣。现代设计辞典 北京：北京理工大学出版社，1998 陈卓。设计与时尚，谁引领了谁 设计前沿，2007
谭旭红。平面设计之非平面拓展研究 硕士学位论文 江苏：江南大学，2006
表面张力系数和接触角测定的设计 篇5
表面张力系数γ和接触角θ是热学、表面物理化学、界面化学中的重要参数[1,2]。它们在土壤颗粒粘附、机械表面粘附、建筑、生物、纺织等领域都是至关重要的物理量[3,4,5,6,7]。各种固、液态物质表面张力系数和接触角的科学测定, 有利于指导农药和作物表面粘附研究, 提高农药利用率;有利于在不同场合下降低机械表面粘附阻力, 提高能源利用率等起指导作用。因此, 对它们的测定具有较高研究价值和学术意义。它们的测定一直以来都是农业院校本科生必开的物理实验项目, 测量方法比较单一, 而科研中测量方法多种多样。在表面张力系数和接触角已应用到各个领域的今天, 把对它们测定的设计实验方法引入到物理实验中已是必然。
2 表面张力系数和接触角介绍
表面张力系数测定, 总是在液态和气态环境下进行。因此, 表面张力系数的测定分成四类:固-气γSA、固-液γSL、液-液γLL和液-气γLL表面张力系数的测定, 但是γSA、γSL和γLL值目前还无法直接测定, 只有γLA可以通过实验直接测定。人们发现润湿现象与接触角有关, 而接触角可以通过实验来测定。在光滑且均匀的固体表面上不扩展的一滴液体 (如图1所示) , 通过固、液、气三相交界点A, 沿液滴面引一切线, 切线和固体表面的夹角为接触角θ。从热力学观点看, 液体落在固体表面时润湿情况, 由Young’s 方程:undefined决定, 而且θ≤90°固体亲液, θ>90°固体憎液。因此, 根据上述理论分析, 测定γLA和接触角θ, 可以作为各种润湿现象的依据。
3 表面张力系数的测试方法:毛细上升法
实验原理图如图2所示。在洁净的毛细管中液体平衡时所满足的条件是ρghπγ2=2πrγLAcosθ, 式中ρ是液体密度, h是液体在毛细管中上升高度, r'是毛细管半径, γLA是待测液体表面张力系数, θ是液体和毛细管壁的接触角。可利用前面提供的实验仪器, 通过对接触角、毛细管管径和液体在毛细管中上升高度的测量, 来测定特定温度下液体表面张力系数 (接触角测定见板型固体接触角测量) 。
4 固-液之间接触角测量方法
考虑在实际的测量过程中影响接触角的因素很多, 如粉末颗粒度、液体杂质和浓度、固体表面粗糙度、表面污染等。我们提供两种典型的固-液之间接触角测试方法, 让学生参考。
4.1 固体粉末的接触角测量方法
填料柱法测定固体粉末实验装置如图3所示。其原理如下:假设粉末试样均匀填入圆柱内, 堆积成的粉末床是具有一定半径γ的平行的毛细管束, 设其润湿过程是均匀、稳定的, 则undefined, 式中v为液体通过粉末床上升速度, h为液体通过粉末床上升高度, t为液体上升时间, △P为粉末床两端的压力差, η为液体粘度。液体在毛细管中液面上升的推动力是液体润湿管壁形成凹液面而引起的压力差, 由Laplace方程知, 该压力差与接触角的关系为:undefined, 式中△p为毛细管静压差, γLA为液体表面张力系数, θ为液体对粉末的前进接触角。由边界条件 (t=0, h=0) 得:undefined。由于粉末床毛细管束半径并不是定值, 用有效半径R和常C来代替r, 则undefined。对于给定的粉末, 粉末堆积密度恒定, K=CR2为定值。当液体上升高度小于10 cm, △p相对于毛细管压力差可忽略不计, 即可得到Washburn方程:undefined。由该式可知, 对于给定体系, h2~t成线性关系。先选择一表面张力系数和粘度已知的液体, 且能完全润湿 (θ=0) 粉末的进行实验, 测定不同时间液面上升高度, 从而求得常数K值。在保持相同粉末堆积密度条件下, 测定其他已知表面张力系数和粘度的液体在未知粉末床中的h2~t关系, 根据Washburn方程即可求得该未知粉末的接触角θ。
在测定常数值K时, 由于h2~t理论上成线性关系, 需要学生测定不同时刻t下, 润湿液体在固体粉末中上升的高度h, 设计表格记录数据。学生可通过计算机Office办公软件自带的Excel工作表格, 自己设计公式处理数据;也可通过实验室提供的DPS数据处理软件中的曲线拟合和最小二乘法等, 求得常数K值。该实验可培养学生计算机应用能力, 也可培养学生运用科学研究中常用的DPS数据处理软件的能力, 对学生的科研能力是很好的锻炼。
4.2 板型固体表面接触角的测量方法
对农林、机械、电子等类学生测定板型固体接触角, 具有重要的意义, 如农药和作物表面粘附、机械表面粘附、电子元件的焊接等都需要接触角来指导, 它的测定对农林、机械、电子等各类学生开发产品具有重要的参考价值。测定板型固体接触角的方法很多, 在实际的测量过程中影响接触角的因素很多, 如溶液杂质和浓度、固体表面粗糙度、表面污染等。另外学生可以在设计时可查找文献, 了解科学前沿信息, 根据需要取不同的固-液实验组合方案, 测定不同的液体在各种物体表面的接触角。我们提供一种快速测定、减少污染的测定方法, 对于液滴和物体表面间的接触角, 运用JC2000C1静滴接触角/界面张力仪和PC机强大的图像、数据处理功能来测定, 装置如图4所示。
测定时将板型固体放置于载物台上, 调节载物台底座螺丝, 使固体表面水平, 通过蠕动泵将待测液体从封装瓶中吸出, 再通过细针孔滴在物体表面, 形成待测小液滴, 调节CCD摄相头的焦距, 使液滴的影像通过PC机中视频采集卡, 清晰地输出在计算机屏幕上, 点击鼠标可将图像在瞬间存储下来, 然后运用上海中辰公司提供的接触角计算软件, 在小液滴边缘点击三点, 即可计算接触角, 达到快速测定的目的, 尽可能避免外界的影响。
5 综合设计实验的内容
学生在进行综合设计实验之前, 已习惯于传统的实验套路, 而在实际的测量过程中影响表面张力系数和接触角的因素很多, 如粉末颗粒度、液体杂质和浓度、固体表面粗糙度、表面污染、温度等。因此在进行综合设计实验时学生往往无所适从。根据这一情况, 首先给学生讲解综合设计实验的过程。其流程图如图5所示。在该实验项目中, 我们给出以下几种参考方法和实验仪器, 要求学生查阅相关书籍、文献资料, 教师指导, 购买必要的实验用品, 自行设计自己的实验方案和数据处理方法来测定表面张力系数和接触角。提供的仪器有:PC机、JC2000C1静滴接触角/界面张力仪、读数显微镜、测高仪、扭力秤、金属框、砝码、毛细管、秒表、铁架台、温度计、待测液、待测固体表面、碳粉、针管、石英砂、酒精灯、DPS数据处理软件和接触角测定软件等。实验前, 学生制定出实验方案和数据处理方法, 要求画出实验原理简图或实验框图, 并且让学生和老师讨论实验方案的可行性, 然后付诸实施。
6 综合设计性实验的意义
该实验影响因素很多, 可为学生创造一个独立思考, 自由发挥的实验环境。我们提供的方法仅供学生参考, 实验步骤不受束缚, 使学生从传统的实验套路中解脱出来, 极大地调动学生主动性。通过综合设计性实验, 促使学生查找文献, 了解科学前沿信息, 培养学生搜集和获取资料能力。让学生自行设计实验方案, 综合运用计算机强大的数据处理功能设计数据处理方法, 提出假设, 探索理论、技术, 设计方案, 提交实验心得, 撰写报告和论文, 对学生的计算机运用能力是很好的锻炼, 为培养学生的科研素质和创新能力打好基础。
摘要：根据表面张力系数和接触角测定方法受多重因素影响的特点, 制订了表面张力系数和接触角测定设计性实验的实施办法和它们的测定方法。要求学生实验前大量搜索文献和资料, 因此, 它对培养大学生信息搜集、创新、实验的主动性、设计实验有着重要意义。将数据处理软件 (DPS) 应用到设计性实验中, 解决大学生在数据处理中对于过多数据运算的难题。运用瞬时成像的方法测定接触角和表面张力系数, 避免外界影响, 达到对其准确测定。
关键词：表面张力系数,接触角,实验设计
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磁滞卷绕张力器设计原理 篇6
磁滞卷绕张力器是在研究新型永磁材料及制备新工艺基础上,刚刚发展起来的小型精密控制柔材卷绕张力的器械。其在纺织工程领域的各个工序柔材卷绕张力控制方面有广泛的应用前景。所以本课题属于新材料、新技术、新工艺、新器件和新结构应用方面的研究,符合国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)第二部分发展任务与专题部署的主要研究方向之一:“材料设计与制备的新理论和新方法;材料表征与测试的新原理和新技术;材料器件一体化设计。”
应用型磁力机械分为磁耦合机械、磁驱动机械和磁能耗机械几大类,在我国虽然有非常久远的历史,但随着材料科学技术的发展,磁能做功的磁滞张力器械作为磁能耗机械之一,也受到重视。
纱线张力器是纺织工程中各工序作用保持物料运行过程张力装置的总称。传统工艺装备中多采用摩擦式和重力式及弹力机构,其品种多,数量大,不能满足现代化大生产对装备自动化控制程度提出的单控、群控、多段必控、全程可控和高精度的要求。纺织纱线越来越细,要求张力波动越来越小,在这种背景下,产生了新型磁能耗张力控制装置———磁滞卷绕张力器。
2国内外研究现状
2.1磁性材料、磁滞材料特性研究现状
磁性材料在器械的应用非常广泛,在高新技术领域更是起着举足轻重的作用。
2.1.1磁源材料研究现状
磁滞器械所用的磁源永磁体材料需要高矫顽力,高磁能积。磁能积表示永磁体向外界提供能量的能力,磁稳定性是由材料的矫顽力大小决定的,故采用矫顽力较大的永磁材料,才能抵御交变磁场的干扰。稀土永磁性材料具备这一特性。张力器径向充磁永磁环见图1,其采用钕铁硼(Nd Fe B)永磁体。
传统上永磁体大多数采用烧结铸造工艺制造,制造出的永磁体硬而脆,成本高,且难加工异型高精度零件。与传统烧结的永磁体相比,稀土粘结磁体的优点更多,综合磁性能较好,形状自由度大。它能满足设计性能要求,其技术水平更高、体积更小、重量更轻、可靠性高;而且容易模压成形,工艺简单、尺寸精度高和不变形,收缩率只有0.2%~0.5%,不需要二次加工。产品充磁以后,须经稳磁处理(老化处理)[1,2]。稀土粘结磁体还可辐射取向,环形充磁N/S间隔一体成形;磁性能分散性小,批量生产合格率高;易于多极充磁;磁粉利用率高,边角废料粉磁退磁后可再生产。用于粘结磁粉的材料主要是树脂类,粘结剂加入量为体积10%~20%。
2.1.2磁滞材料特性方面的研究
磁性材料可粗略地划分为两大类:线性和非线性。一般,磁导率是常数的材料问题属于线性问题;器械中磁路有磁滞特性的材料属复杂的非线性问题。
磁滞材料特性方面的研究,更多地关注隐藏在宏观磁滞现象背后的复杂微观现象的解释,比如初始磁化过程;磁畴壁运动;各向异性及热运动方面的问题及如何评价磁滞材料优劣。Fe Cr Co永磁合金是典型的磁滞材料,其属剩磁比高而矫顽力低的半软磁材料。它的另一特点就是可以进行热冷变形加工,可塑性变形,可切削、可铸造粉末冶金,且加工后磁滞性能不改变。正因为如此,这一领域的研究工作异常活跃,在磁性能、工艺、理论诸方面都不断取得新进展。
磁滞材料的比损耗等于其磁滞回线的面积。图2(a)平行四边形模型或(b)椭圆模型近似模拟Preisach模型,也有用Prandtl-Ishlinskii模型比常用的平行四边形模型更加接近磁滞特性回线,也有通过实验验证磁滞回线拟合的可行性,并进一步使用Prandtl-Ishlinskii模型对理想化的磁滞器械做分析[3]。
对磁滞损耗的分析,最直接的办法是对所用的材料通过实验获得交变磁滞曲线,用其(BH)m面积确定磁滞损耗的大小。若将工作场强Hm和功率Pv结合起来考虑,即考察材料的单位场强的比损耗Pv/Hm,原则上Pv/Hm愈大磁滞材料越好,故得出评定磁滞材料的指标:Pv/Hm→最大。磁滞环相对充磁永磁环圆周分布的N极、S极相间的交变磁场作用,由于存在磁滞效应,其感应强度比所受的交变磁场落后一个相位,故此时磁导率为一复数。由铁磁学理论可知:上式所示磁滞效应产生的损耗功率Ph与其间隙磁场变化频率f成正比,与气隙磁场强度幅值三次方成正比,且与材料的瑞利常数η成正比。
2.2磁滞能器械应用研究现状
磁滞能器械应用研究的理论计算基本假设:定子极数是非常大的;气隙的磁通和磁滞材材料径向;涡流是被忽略的。
2.2.1磁滞能器械应用
磁滞能器械辐射通量磁滞电机;汽车磁滞电机;混合步进电机;永磁(PM)发电机;无槽磁滞电动机;轴向磁通磁滞电动机等等。
2.2.2磁滞能器械研究内容
磁滞能器械研究内容:磁滞能器械的输出,高效率,高功率的因素。其转子环是Fe Cr Co磁铁,分析电动机性能在同步转速;如何确定的厚度磁滞环;发现电动机转矩并不是成正比的环的厚度[4]。使用磁滞回线椭圆近似。迭代过程描述实际的非线性机器[5]。调查影响气隙分布的磁滞性材料。分析使用电动机的磁导函数在均匀和非均匀气气隙条件[6]。优化结果与设计指标进行了比较[8]。研究开发铁磁体的磁滞电机表示磁滞非线性方程[7]。分析一个理想化的多相磁滞电机有辐射通量类型的转子[8]。分析电机转子各向异性[9]。在盘式磁滞电机设计和制造中使用可变参数模型,提出灵敏度分析和一些设计参数,对机器性能的影响进行了讨论[10]。介绍实验的结果确定内磁通量分布不同层次的磁滞环[11]。介绍新的无槽磁滞电动机。无槽双转子盘磁滞电动机(SDDHM)[12]。轴向磁通磁滞电动机是自动起动式同步电动机,使用磁性材料的磁滞特性[13]。
2.2.3磁滞能器械研究手段
使用有限元方法或结合矢量磁滞模型[4]。实验决定参数的设计过程对输出响应有相当大的影响。等效电路预测的结果与一个小磁滞电动机进行了比较实验获得数据[14]。使用矩形循环逼近的磁化特性磁滞材料,磁通密度分布等效电路[10]。使用一个椭圆近似的磁滞回线。转子表面的法向分量通量密度的正弦变化[11]。
2.2.4磁滞能器械有关研究结论
预测与测量电动机的性能特征吻合较好。计算机模型显示与实验结果相同的整体行为[7]。发现通量分布很不均匀,存在磁磁通波形在不同之间的相移环层[11]。比较仿真结果与实验验证提出的模型[12]。使用三维有限元模型。磁滞回线的形状采用斜椭圆,提取电机的输出值和灵敏度分析气隙变化[13]。
3磁滞卷绕张力器结构类型特点
尽管磁滞卷绕张力器从结构上与永磁驱动磁滞电机有些相似,并且很多基础理论和设计思想、磁路结构、参数分析和运行性能计算有相似之处,但本课题涉及的是被动旋转卷绕的磁滞能耗器械问题。
纺织柔材卷绕磁滞张力器结构类型分别有筒形/盘形的电磁型、永磁型和混合型。圆环形多极磁源(电磁/永磁)元件对应磁滞能耗元件,相对回转运动。磁滞卷绕张力器通常采用隐极的空心圆筒形转子,由半硬性阻尼材料制造而成。可以有内转子(外定子),也可有内定子(外转子)两种结构形式。外磁场磁路得到广泛的应用,但外磁式磁路漏磁大,这是它的最大缺点。磁滞张力器外转子结构散热良好,因转速慢功率低,通常不需风扇等散热装置,故结构简单、可靠性高、力矩起停时恒定、稳定性好、容易调节控制。
4磁滞张力器工作原理
磁滞卷绕张力器是利用磁滞效应产生阻力转矩的一类磁力机械。
4.1磁滞力矩原理
磁滞张力器的工作原理是机械能转化成磁能,再转化成热能耗散掉,形成阻力矩。根据现代磁学理论进一步解释是,磁性材料的微观组织———磁畴和磁畴壁在磁感应作用时发生移动和转动重新排列,从而微观摩擦生产热量。磁畴内的磁化矢量要从一种取向转动到另一种取向,必须克服来自各种磁各向异性对转动的阻滞,磁晶各向异性、形状各向异性和应力各向异性,即克服在永磁合金中主要的三种磁各向异性做功[15,16,17,18]。
磁滞转矩的产生原理见图3磁滞力矩原理a,b图。由单极对五位永磁体如a图示意。永磁体在N-S之间产生一个恒定外磁场,半磁硬磁转子感应相应吸力。连续转动,a-b-c-d-e顺序转位,磁滞材料感应如b图所示,所包围面积即磁能转化能量。
铁磁性材料在交变磁场中一方面会被磁化而储能,另一方面由于各种原因造成磁感应强度落后于外加磁场而产生损耗,即材料从交变场中吸收并以热的形式所耗散的功率。定转子磁场处于静止状态,转子被磁化后,定转子之间的作用力F为垂直径向方向。定子磁场转过一个角度,如果转子为理想的软磁材料(无磁滞效应),那么转子被磁化后的磁极轴也同样转过一个角度,转矩M=F×r×Sinθ=0,如果转子为半硬磁材料(有显著的磁滞效应)则当转子磁极转过一个角度时,转子磁化的方向由于磁滞而多少保持着初始磁化的方向,因而与定子磁极轴线间有一个夹角———失调角θ。这就使得定转子之间的作用力有一对切向的分量F,转矩M不等于零。在这个转矩的作用下,转子受到磁滞阻尼力矩。
4.2交变磁场磁滞能量法
5磁滞卷绕张力器的设计要点
一般磁力机械设计的基本问题是确定合理的机械电磁结构形式和参数,实现磁能与机械能转化,以满足运动和动力要求,包括相互联系的机械结构设计和磁场设计,对电磁场器械还包括控制电路部分设计,即按动力学要求为磁场分布确定磁场源、媒质分布、媒质结构形式和尺寸等或反向按已确定的边界条件、媒质结构尺寸求磁场分布。
5.1磁滞卷绕张力器设计内容
磁滞卷绕张力器结构参数有圆周磁极对数、内外磁环截面及半径尺寸、径向气隙、轴向重叠和内外充磁方式等,对设计合理的径向磁路结构,加大磁滞阻尼力矩。此外需要着重解决以下问题。
5.1.1磁路结构和设计计算
对于张力器这种非线性时变装置,在预定的张力矩范围内,用最少的永磁材料,用最低成本价格,得到稳定运行最长寿命。结构方案考虑输入输出形式,支承形方式,选择内转子或外转子。设计中贯彻系列化,标准化,模块化原则,降低研发成本,缩短研发周期。课题提出理想磁滞张力器设计方案(已申请国家发明专利),并在满足纺织工程物质形态和卷绕方式的基础上,解决波振性、一致性、非线性、时衰性。为永磁、电磁张力器系列化开发应用解决关键技术。
5.1.2控制问题
在设计规格范围内调节张力矩,通过机构或输入参数改变磁,实现张力矩大小和调节一致性。连续自动控制策略;人机工程可操作性;多头同步张力一致;机械及电参数控制方式[9]。
5.1.3不可逆退磁问题
如果设计和使用不当,钕铁硼永磁性能在过高温度时,在冲击电极作用下,或剧烈的机械振动时,产生不可逆退性,使张力器性能降低。即:要研究永磁材料热稳定就的方法,又要分析不同结构抗去磁能力和永磁磁材料表面抗腐蚀措施。
5.1.4选材功能价格比问题
磁性材料物理状态及性能选择。设计时需要与市场结合,优化设计、改善工艺、改善性能、降低相对成本。立足国内,非战略物资,民品价格。磁滞环有效层材料,膨胀系数要求,保证气隙。
5.1.5聚磁问题
磁路设计的任务,是尽可能提高磁空气隙的磁通密度。利用几何形状,永磁体和磁能耗元件的适当排列,提高工作气隙的磁通密度,但漏磁因素十分复杂。由于外罩的磁阻,比空气磁阻小得多,所以外界磁场的感应通量绝大部分从金属外壳避通过,达到聚磁目的。
5.2磁滞卷绕张力器设计方法
传统设计方法,计算电磁参数时普遍忽略磁阻、漏磁、边缘效应、涡流和集肤效应等。小功率可忽略温度场的计算。有关分析表明,在万转以上高速时,磁滞损耗在总损耗中所占比例较小,可忽略,但在较低速时,磁滞损耗在总损耗中的占比大,采用能量法设计理论及计算力矩。对磁滞损耗的分析,最直接的办法是对所用的材料通过实验获得交变磁滞曲线,用其(BH)m面积确定磁滞损耗的大小。对磁力机械设计计算与分析需要的矢量分析场论,数值计算方法,各类物理场基本理论。
磁滞卷绕张力器设计的两种思路,一种叫磁场分析问题,解决方案需建立计算机运算数学模型;一种叫磁场设计问题,对于开发性设计,解决的办法是将磁场设计转化成磁路设计问题进行估算,再针对所有磁滞材料用实验方法测得(BH)m曲线,做成样品后再校验和修正。磁场设计方法更实际可行。磁场问题简化到传统磁路设计进行估算后,设计工作优化磁件形状、尺寸、重量、转动惯量、磁稳定性和性价比。保证磁场气隙的磁通疏密,以使磁滞力矩大小和波振性满足设计要求。
5.3磁滞卷绕张力器设计要求
按设计任务书对磁滞卷绕张力器提出了设计要求:应用范围、转速、动量矩、重量、外形、安装方式尺寸、张力矩范围、启动时间、预期累计时间寿命、可靠性要求和转子平衡品质要求。环境条件:温度、湿度和酸雾。磁滞卷绕张力器有效层磁滞材料性能和特点提出磁性材料,要求生产工艺成熟稳定。
6结语
纺织磁滞卷绕张力器是非线性、机电磁多因素耦合、时变系统。我国磁滞阻尼器件研究、应用技术仍有很大发展空间,在柔性材料缠绕张力控制工艺设备方面与世界先进国家相比局部上还有差距,需要系列化开发的设计方法。课题研究为系列化全面解决卷绕张力控制打下基础,提出理想磁滞张力器设计方案,具有工程意义和潜在巨大的经济价值。
摘要：在磁力机械已有的研究基础和现状上,结合磁滞卷绕张力器原理的特殊性,总结国内外现有的相关理论和应用成果,提出纺织柔材磁滞卷绕张力器研究目标、设计内容和方法。
皮鞋的时尚设计语言 篇7
1 皮鞋的文化
1.1 皮鞋的历史
皮鞋是鞋家族中历史最为悠久的鞋类之一,通常采用天然皮革为主要原料配合其它合成材料而制造。在几千年前,人类的祖先就已经有了穿鞋的习惯,用兽皮裹足、用皮造履到现代皮鞋,穿着皮鞋的历史已非常悠久。
皮鞋,中国古代称“鞮”,主要是指由皮革做的鞋。而中国在汉朝时就已经有了皮鞋,其中未经鞣制生革制成的皮鞋叫草鞮,用熟皮鞣制的鞋履叫韦鞮。中国古代鞮的变化主要集中在鞋头的式样变化[1]。
在距今5000多年的古代埃及,由于气候炎热人们一般多为赤足,但贵族们也许出于礼仪,加上气候过热造成地面发热不宜裸足行走,因此发明了皮质凉鞋。在欧洲,从古代埃及的编制的凉鞋到伊特鲁利亚人为了追求舒适而将鞋底一分两半前后连接,再到16世纪的双层木屐和厚底皮鞋,其造型变化极为丰富[2]。在17、18世纪制作鞋的材料依男女性别差异而有所不同。男人穿的鞋通常以上光皮革以及漆皮、粗猪皮、麂皮等为面料,而女鞋主要以绸缎、丝绒等为面料,玻璃珠子的装饰也是这个时期很有特点的一个装饰。
在中国,现代皮鞋的生产虽然只有120多年的历史,但由于皮鞋的工艺精致且造型、款式、结构以及穿着功能都胜其它鞋类,因此,皮鞋生产发展迅猛。当今,皮鞋已成为人们最喜爱的一种鞋类,并是美化人民生活的大宗商品之一,在服饰类中成为“举足轻重”的产品。
1.2 现代皮鞋的流行
过去鞋的颜色主要是天然色,但是纺织产业的技术进步打破了以往的这种单调,今天的鞋以极其丰富的色彩呈现在人们面前,而且还能以最便宜的合成纤维仿制出最昂贵的天然材料。拉链与松紧带的使用让高筒鞋变得加更合脚,同时也有助于新款鞋型的问世。
2 皮鞋的时尚设计
时至今日,鞋成为彰显一个人个性特征、生存方式和处事风格的最主要服饰品之一。最新的皮鞋不断被推出,被淘汰,而皮鞋的设计总是以足部为根本,不同的变化主要体现在鞋的造型、色彩、材料、设计,装饰和辅料设计的运用也能使皮鞋的造型产生新的面貌。
2.1 皮鞋的造型设计
造型设计是艺术设计的基础,而鞋的造型与其它产品的造型有一个最大的区别,就是离不开鞋楦。因此鞋的立体形态,比如鞋头的宽窄、厚薄长短以及方头、圆头、尖头、偏头等头式的变化,都是依据鞋楦的造型,否则无法达到定型的要求。鞋帮只是穿在鞋楦上的一层美丽的外衣,鞋好看与否,穿着是否舒适,都取决于鞋楦。因此,鞋楦的造型在皮鞋的造型起着至关重要的作用,从鞋立体的大形来看与其说鞋的造型不如说是鞋楦的造型。没有好看的鞋楦,是无法生产出好看的鞋[3]。
除了楦型之外,鞋类产品的造型就要看鞋帮和鞋底了,是鞋帮与鞋底支撑了整个鞋的形态。因此,在鞋楦确定之后,还需要对底部与鞋帮进行造型设计。
鞋帮是由一块块帮部件组成的,它们的大小、数量、形状、组合方式的不同就形成了各种不同结构的造型,再加上材质、色彩的变化,就形成了形形色色的鞋。归纳起来,鞋帮的设计主要有全覆、半覆、条带、镂空、编结、拼接等形式。在设计时除了鞋帮的轮廓外形,更强调的是部件之间的协调性。当然,协调性包括了色彩,材质以及分割比例。例如拼接式特点是用各种分割线形成独特的风格,分割线设计沿袭传统的式样,也可以创造新的式样,但是要遵循一定的设计法则。例如不同色彩拼接时在面料上尽量保持一致,而在不同面料拼接时尽量用同色系设计(如图1)。又如镂空式花孔的形式各异,但不宜太多太大,否则会影响帮面的牢度。在设计时应注意协调花孔之间或与镂空面料与整体鞋面的大小比例关系(如图2)。
鞋底与鞋帮比较起来,相对会简单一些,但它的作用也是不容忽视的。鞋底要与鞋帮的款式结构相搭配,要在繁与简、艳与素、轻与重、深与浅、明与暗、胖与瘦之间找平衡,鞋帮与鞋底搭配的和谐,才能使成品皮鞋产生和谐美。
2.2 皮鞋的色彩设计
皮鞋属于服饰配件,在服饰系列中是配角,所以它要从属于服装。因此也就限制了皮鞋不可以有过多种颜色,一般以单色为主,最多不超过两到三种颜色,运动鞋和拼接式鞋例外。皮鞋的色彩过去比较单调,现在除了黑色、棕色、白色外,色彩也非常丰富,几乎什么颜色都有。
目前在工厂里大都是电脑配色,先把素描手稿输入电脑,再搭配颜色。几千万种色彩在电脑的拾色器中都可以找到,把颜色填充到线稿上看似简单,其实不然。配色的目的是搭配出与鞋的款式结构相协调的颜色[4]。例如精致的金属鞋跟搭配红色皮革会把女性的妩媚发挥的淋漓尽致(如图3)。对于皮鞋而言,颜色好看与否不是看颜色本身,而是看颜色的相互搭配。任何一种颜色都不是孤立而存的,它要和周围的颜色在面积、形状、位置以及色相、明度、纯度等方面相互影响形成对比的关系。就色彩本身而言,和谐的配置就是美。
2.3 皮鞋的装饰设计
皮鞋的装饰方法有很多,如花结、刺绣、贴花皮毛边饰、人造花、宝石、标牌、挂饰、金属片等。
花结装饰一般用在女鞋中,皮鞋配上人造花的装饰比较适合在正式场合穿着。皮毛做的边饰在男女鞋靴里都可以使用。在冬季使用,在鞋靴里会有温暖的感觉;在夏季用它做少量的装饰,会显得比较华丽,适合用于酒会以及晚会。把具有品牌标志的吊牌钉在鞋上,一方面可以起到装饰的作用,另一方面也宣传了品牌(如图4)。用于羽毛装饰的鞋适合于各种表演与社交场合[5]。
2.4 皮鞋的材料
制鞋的材料有很多种,因不同的材料会有不同的质地与肌理,还会有不同的物理性能、化学性能、力学性能等,所以材料的选择就成了设计的关键之一。鞋材的选用,不仅是外观的,而且在很大程度上,也是从鞋的卫生性能方面考虑的。鞋的舒适与否,与其形成的鞋内小气候有着很大的关系。鞋帮材料中的天然面料皮革、棉纺织品等都具有极佳的卫生性能,因材料透气、透水汽性、吸湿性较好,就有了不闷脚、不捂脚的前提条件。但在现阶段,我国研制的各种合成革、人造革在卫生性能等方面远不及天然皮革,所以在设计时,应根据款式、穿用条件及环境选择适宜的材料,以便提高皮鞋的穿用舒适性。重修饰面革、二层革虽然属于真皮鞋材,但因其表面覆盖了涂饰物,天然皮革的毛孔被堵塞,所以其透气、透水汽的性能会大打折扣。而鞋帮纺织材料要注意选用透气、吸湿、轻便、柔软、杀菌、防臭等具有良好卫生性能和舒适性的材料。鞋面优良的材料要与里料、内底、内包头、粘合剂等材料相配合使用,才能发挥其优越的性能,给脚一个舒适的底部环境。
如果设计中只有好的形态而缺乏质感,其表面往往是僵硬与乏味,没有吸引力。材料的质感会形成不同的肌理,例如仿羊皮有羊皮的瓦楞形花纹;荔枝纹有很强的浮雕感,肌理醇厚;仿绒革有一层细细的绒毛,肌理清晰,感觉很温暖。选材就是要把不同的材质、不同的性能、不同的肌理、不同的感觉用在不同的款式上,从而表现出不同的风格。
2.5 皮鞋的辅件设计
鞋的辅件用于帮助完善鞋的设计,主要有一些装饰件、扣、袢、带、气眼、拉链等物件,许多皮鞋的造型就是靠这些辅料加以变化的。如:将有全新时代感的装饰件和来自大自然的材料相互融合用在皮鞋的设计上,会突出女性柔性美特点;具有几何图案和动物毛皮图案的装饰件,会使皮鞋更加可爱;而表面打孔、打节、同色皮条线饰,则会令皮鞋更加时尚。男鞋饰件主要以变化面料材质和线条作为装饰,而具有金属光泽的饰件在设计中应趋于精小。
3 结语
从国际国内皮鞋产品设计的发展趋势和市场皮鞋消费发展趋势看,若干年内皮鞋将趋向于突出简约和个性化设计,讲究简洁大方、美观舒适。然而随着社会日新月异的变化,各式各样的皮鞋也渐渐涌现出来,许多有个性的设计也逐渐被广大消费者接受。因此皮鞋的设计面也会越来越广,尤其是在服装秀和发布会上,皮鞋的设计更会与服装相得益彰,成为时尚界不可替代的产物。
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创意设计的时尚张力 篇8
张力控制器是光纤缠绕系统的最重要的部分,其对绕纤过程中的张力进行控制对于保证光纤环的光纤应力稳定最为关键[1]。由于光纤材料本身及光纤环性能的要求,缠绕过程中光纤张力应稳定在10 g左右,且误差精度要求在达到±3 g以内。光纤张力要求稳定值较小,而对控制精度的要求又较高,在光纤绕制过程中轻微扰动的产生就会导致光纤张力值发生较大振动,因此,这就要求张力控制器光纤张力发生变化时能够迅速地调整光纤放线速度以实现光纤张力的稳定。光纤绕制过程中既有卷绕过程,又有光纤绕制平台的平移过程,传统的纤维缠绕工业中使用的张力控制系统虽然控制方法简单易于实现,但由于其算法过于简单无法实现对不同工艺过程的控制要求。而现代一些基于模型的控制方法,由于其难于实施、系统的鲁棒性难以保证而不适合在实际张力控制过程中使用[2]。
本研究中设计一种自整定模糊PID张力控制器,该控制器结合了模糊控制灵活而鲁棒性强和PID控制精度高的优点[3],并应用于实际光纤环生产过程中,效果良好。
1 光线缠绕张力控制系统结构
光纤缠绕数控系统分为控制光纤缠绕卷绕的运动控制系统和控制光纤缠绕张力的张力控制系统两个部分,两个部分相互独立。其中张力控制系统结构如图1所示。
该系统包括张力控制器、张力传感器、编码器、放线伺服电机、伺服驱动器以及其他机械结构构成。收线电机以及其他平台电机由PMAC运动控制卡作为独立的运动控制系统进行控制。绕线过程中,光纤从放线盘中导出经由导向辊、舞蹈轮、张力传感器、编码器缠绕到收线环盘中。舞蹈轮向光纤施加一定压力,使得光纤张力能够保持在稳定值。光纤缠绕过程中由于收线速度或其他原因导致光纤张力发生变化,张力控制器通过张力传感器采集到张力变化并通过软件算法处理产生控制信号输出给电机驱动器以控制放线电机的转速达到控制张力的目的。
2 张力控制器硬件设计
张力控制器的硬件结构主要由张力传感器信号放大模块电路、A/D转换模块、串口通信模块以及电机驱动模块组成。系统结构如图2所示。
(1)微控制器模块。
张力控制器以Silicon Labs 公司的C8051F310单片机作为微处理器芯片,C8051F系列单片机采用CIP-51 微控制器内核并与MCS-51指令集完全兼容。该芯片内部集成了包括A/D转换器、UART、定时器等功能部件能够提供张力控制系统所需要大部分的模拟和数字外设。
(2)张力数据采集电路。
张力传感器采用施密特公司生产的RFS150(E)张力传感器。张力传感器的输出信号为毫伏信号,在模数转换之前需要采用信号调理电路将毫伏信号经滤波放大转换为0 V～2.5 V的电压信号。模拟信号调理电路采用以AD620仪表放大器为核心的放大电路加以辅助低通滤波电路组成。传感器信号经滤波放大后输出至A/D转换电路,C8051F310单片机内部集成的10位逐次逼近型AD转换器同时完成对模拟信号的A/D转换。
(3)电机转速控制电路。
该张力控制系统的送线电机选用Maxon公司的直流伺服电机Maxon227681,并选采用苏州均和公司配套伺服电机驱动器,电机驱动器采用PID控制算法完成对电机转速的闭环控制。单片机只需要通过发送不同频率的脉冲信号至电机驱动器就可以控制送线电机的转速。
(4)光纤长度测量模块。
在光纤绕制过程中,需要对收线盘中的光纤长度进行测量,图2中的编码器就是用于对光纤长度的测量过程。编码器采用光洋电子增量式旋转编码器TRD-MX,光纤环绕过程带动编码器旋转,编码器同时产生脉冲信号输出,编码器每旋转一周就会信号都会输出1 000个脉冲。C8051F310单片机内部包含可编程计数器/定时器阵列(PCA),PCA由一个专用的16位计数器/定时器和5个16位捕获/比较模块组成。每个捕捉/比较模块有其自己的I/O线(CEXn)。编码器的输出信号连接至捕获/比较模块的输入引脚,同时配置PCA工作在捕获方式对编码器脉冲信号进行捕获计数。本研究通过对编码器输出脉冲信号的计数并且已知编码器旋转轮的周长,即可以通过计算获得光纤的线长值。
(5)通信模块。
在光纤缠绕过程中,张力控制器还需要根据上位机命令设置周期性的将实时张力值、线长值传输给上位机。普通工业控制计算机大都带有串行接口,C8051F310单片机内部集成了UART通信模块,整个张力控制系统张力控制器与上位机之间的距离较近,因此张力控制器与上位机之间可直接采用串行通信方式进行通信。由于工控机串口为RS-232标准电平而单片机输出UART信号为CMOS电平,必须实现标准信号间的电平转换。MAX232是MAXIM公司推出的符合RS-232C通信接口标准的电平转换芯片,使用MAX232完成电平转换以实现微处理器与标准RS-232接口之间的通信。
3 控制器软件算法设计
传统的工业张力控制普遍采用PID算法,但由于在光纤绕制过程中既有卷绕过程,又有光纤绕制平台的平移过程,而且由于绕制光纤环的的半径不同,在相同转速下的收线速度也不相同。因此,在一定工况下整定的PID参数无法适应整个绕制过程。模糊PID张力控制器在PID算法的基础之上,通过计算当前系统张力误差和误差变化率,利用模糊规则进行模糊推理,查询模糊矩阵表进行PID中3个参数Ki,Kp,Kd的调整[2]。对于该系统,模糊语言规则和合成推理决定着控制器性能的好坏。但由于控制器设计完成之后,其语言规则和合成推理往往是确定的、不可调整的。对于光纤张力的控制过程,由于张力的要求稳定值很小,引起张力变化的扰动多种多样,这就要求模糊推理过程具有自调整功能,以使其对不同的扰动引起的张力变化均具有良好的控制效果[4]。常规的二维模糊控制器中输出量取决于输入量E(误差)和EC(误差变化率),按照下式[5]所示的控制规则,加权系数取为0.5,即:
式中:
上述二维模糊控制器一旦设计完成,其模糊规则也就被固定了,不能改变。如果在上式中引入可调整因子α如下式所示:
这样就可以通过调整α的值来调整E和EC对输出量的加权程度,从而调整了模糊规则。也就是说E论域和EC论域上的所有等级分别按照加权系数α和(1-α)来调整。对于常规的控制过程而言,控制过程的初始阶段系统误差较大,可以通过加大α的值来加大误差对于控制输出的贡献以尽快地消除误差。反之,控制过程后期,系统的误差减小,此时控制系统的控制目的就是减小系统的超调加快使系统稳定,这就要求在控制规则中增大误差变化率的权值。显然,单一的α值无法满足要求,因此,可以通过引入调整函数使得α的值按一定的规律变化以满足不同控制过程的要求。实际上调整函数反映的是调整因子与系统误差的关系,设误差E的设定论域为[-X,X],则调整函数可用下式表示[6]:
式中:N—反映的是误差对调整因子的影响程度,为了简化计算量这里取N=1。
即:
本研究采用这种方法产生控制规则,同时也体现了人脑推理过程的连续性、单值性等特点,可以克服单凭经验来选择控制规则的困难,并可避免在控制规则定义中出现的空档或跳变现象[7]。自调整模糊PID控制系统结构图如图3所示。
3.1 隶属函数的建立
张力误差E的变化范围一般为±20 g,取基本论域为[-20,20],误差变化EC的变化范围为±10 g,取基本论域为[-10,10],本研究将系统误差和误差变化定义为模糊集合上的论域{-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5}。同样设定△Kp,△Ki,△Kd的模糊集合论域为{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6},本研究取隶属度函数为均三角型隶属度函数,为了增加系统的抗干扰能力和稳定性,特别地减小了输入变量模糊语言值NS、ZO和PS的作用范围。输人/输出变量的隶属函数和模糊语言值如图4所示。
3.2 建立模糊控制表
根据PID控制过程的经验,当误差E较大时应加大Kp,减小Ki、Kd以加快系统响应速度,防止出现较大超调;当误差一般大小时应使Kp适当减小,Ki、Kd取适中大小;当误差较小时应减小Ki的值适当增加Kp的值以增加系统反应速度,并防止系统产生振荡;当误差变化较大时应适当减小微分作用,当误差变化较小时适当增加微分作用[8]。针对以上规则本研究分别建立△Kp,△Ki,△Kd的模糊规则表,如表1～3所示。
Kp,△Ki,△Kd的模糊规则表建立后这里采用Mandani极小运算模糊推理法,对模糊控制规则进行推理运算,得到模糊关系;然后依据隶属度函数和模糊关系,采用合成推理法[9]推出控制器的模糊控制量,由于光纤张力很容易受到运行状态的干扰,应考虑隶属度低的变量对输出的影响,本研究利用下式进行加权平均计算,得出模糊控制查询表[10]:
在运行过程中控制系统实时监测当前张力误差值,并通过对结果的处理,查表运算完成对PID参数的调整,进而通过PID算法得到控制输出完成对张力的调整。其工作流程如图5所示。
4 实验结果及分析
该系统已在正常生产过程中正常运行,运行过程稳定,控制效果良好。为验证说明该控制系统在现场运行过程的有效性,本研究选取常规的PID控制在不同状态下运行与自调整模糊PID的运行状况进行比较。自调整模糊PID控制在收线转速为1 r/s时及加速到10 r/s时从上位机截取的张力监控曲线图如图6、图7所示。常规PID控制在收线转速为1 r/s时经过优化PID参数后得到的张力监控曲线图如图8所示,当转速提高到10 r/s得到张力监控曲线图如图9所示。
从图6～9中可以看出,常规PID控制虽然在一定状态下经过人工调整PID参数可以使系统达到稳定,控制张力误差在较小范围内,但是当系统运行环境变化时其控制性能出现了明显的恶化,系统出现了振荡,光纤张力值在剧烈抖动。而自调整模糊PID控制能够使稳态张力误差稳定在2 g以内,具有较强的适应性和鲁棒性,在系统运行环境发生变化的情况下其控制性能也无明显变化。
5 结束语
该系统利用单片机基于自调整模糊PID算法实现了对光纤缠绕过程的张力控制。实际生产过程表明该控制器具有较快的反应速度和动态精度,且有较强的鲁棒性,使得在绕制光纤时的光纤张力得到了精确、有效的控制,这对于改善环的品质以及提高光纤光纤产品的性能有重要意义,同时表明自调整模糊PID算法在其他小张力控制过程中具有较强的工程实用性。
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送带机恒张力控制系统设计 篇9
1 MTS-1A型送带机结构
1.1 送带机的结构
MTS-1A型送带机是一套工业缝纫机用的辅助自动化配套装置, 设备主要包括以下几个部分:
1.1.1 控制主机
控制主机是整个系统设备的核心, 所有的信息和指令都要经过它进行处理和发出。主机中包括电源模块, 主板模块, 伺服驱动模块。
1.1.2 操作盒面板及显示屏
控制盒面板是实现人机对话的唯一界面, 许多功能的设定和改变可通过操作盒面板来设定, 通过改变某些参数, 可实现不同加工工艺的要求。LCD显示屏采用24×2字符点阵液晶显示模块。
1.1.3 计数器
计数器安装在缝纫机的手轮旁, 和主轴同轴, 缝纫机手轮每旋转一周计数器便产生一个信号脉冲给控制系统, 它主要用来计算缝制的针数及测量缝制机的转速。
1.1.4 抖料装置及缠绕报警器
抖料装置主要用于防止散落的松紧带在送带过程中打结, 以便张力调整机构有更好的送料效果。当松紧带打结时, 触动报警开关, 报警器启动, 指示操作者松紧带缠绕应及时修正。
1.1.5 送带执行机构
伺服电机由于精度高、低噪音的特点预以优先采用。空心杯电动机属于直流永磁、伺服微特电机, 与普通电机的主要区别采用是无铁芯转子, 也叫空心杯型转子。空心杯电机配装精密齿轮减速器以后, 以其优良的性能成为各种自动调节、驱动和控制伺服系统中的首选执行元件。
1.1.6 手动换档开关及LED段位显示
手动换档开关可执行张力段位之间的换档, 并且挡位通过LED数码管显示。
1.1.7 其他开关组件
包括膝动换挡, 抬压脚松带开关等, 它们都是通过开关信号给控制主机执行相应的命令。
2 控制系统设计
2.1 橡筋张力测试传感器选型
2.1.1 传感器选型
传感器是整个设备的核心, 它的指标直接影响到系统的性能。FSS系列传感器具有精密可靠的力传感性能, 它封装在小型商品等级的包装中。该传感器的特色是采用了已被证明可靠的传感技术, 即使用专门设计的精密压敏电阻硅传感元件。小功率, 无放大, 无补偿的惠斯通电桥电路设计可在力范围内提供稳定的mV输出。此外, FSS系列传感器的封装设计结合了获专利的模块结构。采用创新的弹性技术工艺和模制的工程塑料, 使过力大小可达4.5 kg。不锈钢球提供了极佳的机械稳定性, 它适应于各种应用, 具有真正的表面安装技术。
本系统选用承受重量为1 500 g的FSS1500NST作为本检测张力值的压力传感器。由于传感器的最大分辨率为g, 满足本系统最系统的要求。FSS1500NST小型力传感器技术参数见表1。
注:无补偿的触力传感器当恒流 (1.5 m A) 供电时, 能补偿部分温漂。
2.1.2 传感器测试特性
选用1 mm×11 mm有效长度400 mm (滚轮至压脚之间的长度) 的松紧带作为测试对象, 如图1所示。
实线为橡筋实测曲线, 虚线为不同橡筋的预测测线。理论上橡筋的曲线图应选用正比列段有效, 但在实际使用过程由于缝纫机的速度及震动问题, 必须对其进行修正。
2.2 仪表放大器
本系统以压力杆自重加上0～9.8 N为最小及最大基准将其分成1 000等分, 要求误差正负0.3%之内。必须有压力传感器检测信号, 经过放大, 模数转换, 数值滤波进入CPU进行处理。
传感器输出的微弱信号要经过放大, 本系统中选用ADI公司的仪表放大器AD627, AD627是一款集成式单电源仪表放大器, 采用3 V至12 V电源供电时提供轨到轨输出摆幅。它可以通过单一增益设置电阻进行编程, 并遵照8引脚工业标准引脚排列配置, 赋予用户出众的灵活性。不接外部电阻时, AD627采用单位增益配置 (G=1) ;连接外部电阻时, AD627可通过编程实现最高增益1 000。共模抑制比随增益的增加而增大, 保持最小误差;低功耗, 宽电源电压, 适合电池供电电路, 线性度、温度稳定性、可靠性好;具有较宽的共模输入范围, 可以放大具有低于地电平150 mV的共模电压信号;高精度直流、交流性能。
2.3 A/D转换器选型
经过转换的模拟信号不能直接进入DSP直接处理, 必须通过模数转换成数字信号处理计算。TMS320LF2407A内置10位AD转换器不能满足本系统1 000等分的高分辨率精度的要求, 因此需外接AD转换芯片。
转换的数字信号要在处理器中进行浮点数运算, 2407ADSP控制器将实时处理功能与控制器的外设功能集于一身, 为控制系统应用提供了一个理想的解决方案。2407A DSP控制器强大的外设功能, 使得TI可以为应用提供不同性价比的方案。
2.4 数字P ID算法
PID算法解决了自动控制理论所要解决的最基本问题, 既系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数, 可实现在系统稳定的前提下, 兼顾系统的带载能力和抗扰能力, 同时, 在PID调节器中引入积分项, 系统增加了一个零积点, 使之成为一阶或一阶以上的系统, 这样系统阶跃响应的稳态误差就为零, 系统如图2所示。
比例 (P) 控制u (t) =Kpe (t)
比例+积分+微分 (PID) 控制器
式中, Kp为比例放大系数;TI为积分时间;TD为微分时间。
根据PID控制算法, 处理过的信息控制执行马达转动, 调整松紧带在压力杆上的压力值, 形成闭环反馈系统。
2.5 执行器选型
转换的数字信号要在处理器中进行浮点数运算, 2407ADSP控制器将实时处理功能与控制器的外设功能集于一身, 为控制系统应用提供了一个理想的解决方案。2 407A DSP控制器强大的外设功能, 使得TI可以为应用提供不同性价比的方案。
2.6 控制系统硬件结构示意
控制系统硬件结构示意图, 如图3所示。
3 结语
在橡筋缝制过程中, 保证系统恒张力运行是保证产品质量的必要条件。对于张力这样复杂的时变非线性耦合系统, 采用压电传感器对其压力进行时时检测以快速修正缝制过程中橡筋的张力。多功能MTS-1A型送带机要具有张力分辨率1 000等分细分可调;存储记忆模块记录加工工艺参数, 断电自动保存参数;能够自动连续缝制8段不同工艺要求的工序;温控显示调节模块及马达过热报警器;个性化的操作面板及LCD显示屏, 实时显示相关工艺参数;操作机可与上位机通信以便实现统一管理。
摘要：MTS-1A型送带机是应用在缝制行业, 配套于缝纫机上的全自动化设备, 主要用来控制松紧带张力, 达到预期效果。论文设计了其控制系统, 硬件以DSP为核心的处理器, 40MIPS的运行速度并集成了很多外设功能;传感器的优良性能及指标奠定了1000等分张力分辨率的精度要求, 个性化的操作面板及显示界面;利用自带的CAN控制模块实现与上位机通信。
关键词：恒张力控制,PID算法,触力传感器
参考文献
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