基于MATLAB对织物撕裂峰进行数字化判别的研究

程浩南

江西服装学院 江西省现代服装工程技术研究中心(中国)



基于MATLAB对织物撕裂峰进行数字化判别的研究

程浩南

江西服装学院 江西省现代服装工程技术研究中心(中国)

选用3种不同规格的织物为试样，利用电子织物强力仪对试样进行织物单缝撕破强力的测定，运用C语言编写代码在MATLAB环境下对测试数据进行数字滤波处理，通过对撕裂曲线的滤波处理方案的确定和单缝法撕裂滤波处理前后曲线的对比分析，实现了对织物撕裂峰的数字化判别。基于MATLAB对织物撕裂峰进行数字化判别的结果表明：均匀撕裂曲线和集束撕裂曲线显示出较少的曲线波动，常见撕裂曲线显示的曲线波动很多。

MATLAB； 单缝法撕裂； 撕裂峰； 数字化判别

相关中国国家标准指出：在强力-伸长曲线上，斜率由正变负点处对应的强力值均称为撕裂峰值，撕裂峰值两端的上升力和下降力必须确保两端的上升力和下降力不小于前一峰下降值或后一峰上升值的10%[1]。织物的撕裂曲线中，并不是所有的峰都是撕裂峰，往往存在一些由于滑移等原因造成的不属于撕裂峰的曲线波动。但是现阶段撕裂峰的判定主要依靠技术人员的主观判断，因此容易受技术人员个体差异的影响。而有关织物撕裂的研究大多集中在撕裂原理和测试方法的研究上，有关撕裂峰的数字化判断却鲜有报道[2-7]。本研究运用C语言编写代码在MATLAB(Matrix Laboratory)环境下对数据进行数字滤波处理，提出撕裂峰的数字化判别，为织物撕裂的进一步研究提供理论参考。

1　试验

1.1材料

本研究选用了3种不同规格的试验材料，具体见表1。

表1　试样规格与参数

1.2仪器及步骤

试验采用温州大荣纺织仪器公司的YG(B)026H型电子织物强力机。

根据GB/T 3917.2—2009 《纺织品 织物撕破性能第2部分：裤形试样(单缝)撕破强力的测定》进行测试，试验步骤如下。

——调节实验室的温湿度环境：温度25 ℃，相对湿度65%。

——电子织物强力机的拉伸隔距设定为100 mm。

——试样需分别夹入上下夹具中，并确保切割线与夹具的中心线对齐，试样的未切割端处于自由状态，且试验不需预加张力。

——启动YG(B)026H型电子织物强力机，设定拉伸速率为100 mm/min，拉伸隔距每增加0.05 mm跟踪记录一次强力值，测试数据利用Excel统计并输出。

2　试验数据处理

2.1数据处理方法的选择

撕裂曲线中的波动并不都是撕裂峰，为便于撕裂峰数字化判别所用参数的确定，本研究运用C语言编写代码在MATLAB环境下对数据进行数字滤波处理，即对抽样的数据进行数学处理。

MATLAB是20世纪70年代末Math Works公司的首席科学家Clever Moler博士在研究线性代数、矩阵理论和数值计算过程中设计的一个工具软件。该软件具有非常规范的输出数据组织形式、强大的数值计算能力、专业的工具箱、现成的功能子程序和优秀的图形界面等，已成为科学研究和工程技术开发过程中广泛应用的一个软件工具[8]。用户在MATLAB软件的运行环境下，可以集成进行相关程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出和文件管理等多项操作[9-10]。

利用MATLAB的强大运算功能，基于MATLAB信号处理工具箱的数字滤波器设计法，可以快速有效地设计由软件组成的常规数字滤波器。设计方便、快捷，极大地减轻了工作量，且在设计过程中可对比滤波器特性，随时更改参数，以达到滤波器设计的最优化。

2.2数据分析处理流程图

数据分析处理流程如图1所示。

图1　数据分析处理流程图

3　撕裂曲线的滤波处理方案及其确定

织物的撕裂曲线中，并非所有的峰都是撕裂峰，因此在对撕裂曲线进行分析之前首先应进行曲线的过滤，滤除那些不属于撕裂峰的曲线波动。

3.1曲线滤波方法的选择

根据传统的撕裂峰定义，运用C语言编写代码，对撕裂曲线进行滤波处理，去除一些不属撕裂峰的曲线波动。具体拟定了以下3种方案。

方案1：取先舍后，即当相邻两峰值点间距小于t时，保留前一峰值，去除后一峰值。图2(a)所示为滤波处理前撕裂曲线，若t1

(a) 滤波处理前　(b) 滤波处理后

对于撕裂曲线的过滤而言，这种方法可以有效地保留较小的撕裂峰值，但某些相对较大的峰值可能会被去掉，如图2(b)所示。

方案2：取大舍小，即当相邻两峰值点间距小于t时，保留较大的一个峰值，去除较小的峰值。如图3(a)为滤波处理前的撕裂曲线，若t1

(a) 滤波处理前　(b) 滤波处理后

对于撕裂曲线的过滤而言，这种方法可以有效保留较大的撕裂峰值，但某些相对较小的峰值可能会被去掉，如图3(b)所示。

方案3：峰距法，即当相邻两谷值间距小于t时，去除这一曲线波动，连接两个谷值点。图4(a)所示为滤波处理前撕裂曲线，若t1t，则去除t1段内的曲线波动，处理后的曲线如图4(b)所示。

该方法对于撕裂曲线的过滤而言，优点是可以有效地保留撕裂峰，但其在过滤掉不是撕裂峰的曲线波动的同时容易引起新的曲线波动。

(a) 滤波处理前　(b) 滤波处理后

综合这3种方案的优缺点，本研究选用方案3对试验数据进行有效处理。处理过程引起的新的曲线波动，可通过对曲线的再次过滤处理以消除。为方便起见，本研究设定相邻两谷值间距为峰距，亦即单个撕裂峰的宽度，用t表示。

3.2撕裂曲线滤波处理的参数选择

为能有效地过滤撕裂曲线，针对撕裂峰的选取原则，本研究引入峰距(t)、撕裂峰波动范围(H)、上升力值(F1)和下降力值(F2)4个参数(图5)。

图5　撕裂曲线过滤参数

——峰距(t)。撕裂曲线中两个谷值点之间的距离。

——撕裂峰波动范围(H)。撕裂曲线中最大峰值点与最小谷值点之间的力值差。

——上升力值(F1)。撕裂曲线中峰值点与相邻的前一个谷值点的力值差。

——下降力值(F2)。撕裂曲线中峰值点与相邻的后一个谷值点的力值差。

3.3单缝法撕裂曲线中判定撕裂峰所用参数的确定

通过对各种类型撕裂曲线的分析研究及大量验证，初步确定了单缝法撕裂曲线中所用参数。

——t的确定。tmin=0.4mm，即当峰距t≤0.4mm时曲线的波动不能算作撕裂峰。

——F1的确定。根据国家标准中对于撕裂峰选取的要求，确定F1min=H×10%，即当上升力值小于H×10%时，曲线波动不能算作撕裂峰。

——F2的确定。通过对不同撕裂曲线的分析对比，最终确定1∶4

4　单缝法撕裂滤波处理前后曲线的对比分析

织物在拉伸撕裂过程中，单缝法撕裂曲线峰的形状不仅受拉伸系统中经、纬纱滑动程度和撕裂三角区纱线聚积量的影响，还受非拉伸系统中纱线从织物中抽出情况的影响，导致试验得出的撕裂曲线形状多样，不利于后续的理论分析。本研究参考相关研究成果[11]，根据单缝法撕裂曲线的峰形，将撕裂曲线分为均匀撕裂曲线、常见撕裂曲线和集束撕裂曲线3类。

4.1均匀撕裂曲线

图6为出现均匀撕裂的1#织物在拉伸速率为100 mm/min时的经向撕裂曲线。其中，图6(a)是滤波处理前的撕裂曲线，图6(b)是对原撕裂曲线进行滤波处理后的曲线。

由图6(b)可见，撕裂曲线得到了有效过滤。对比处理前后的撕裂曲线，可以发现滤波处理前后的撕裂曲线差异较小，撕裂强力变化不明显。由此可见：均匀撕裂曲线中不属于撕裂峰的曲线波动很少。

(a) 滤波处理前的撕裂曲线

(b) 滤波处理后的撕裂曲线

图61#织物滤波处理前后的撕裂曲线

4.2常见撕裂曲线

图7为出现常见撕裂的2#织物在拉伸速率为100 mm/min时的经向撕裂曲线。其中，图7(a)是滤波处理前的撕裂曲线，图7(b)是对原撕裂曲线进行滤波处理后的曲线。

(a) 滤波处理前的撕裂曲线

(b) 滤波处理后的撕裂曲线

图72#织物滤波处理前后的撕裂曲线

由图7(b)可见，撕裂曲线得到了较为有效的过滤。对比发现，处理前后撕裂曲线形态变化较大，说明常见撕裂曲线中不属于撕裂峰的曲线波动很多。

4.3集束撕裂曲线

图8为出现集束撕裂的3#织物在拉伸速率为100 mm/min时的经向撕裂曲线。其中，图8(a)是滤波处理前的撕裂曲线，图8(b)是对原撕裂曲线进行滤波处理后的曲线。

(a) 滤波处理前的撕裂曲线　　　　(b) 滤波处理后的撕裂曲线

由图8(b)可见，撕裂曲线得到了有效的过滤。对比处理前后的撕裂曲线，可以发现滤波处理前后撕裂曲线差异较小，撕裂负荷变化不明显。由此可见，集束撕裂曲线中不属于撕裂峰的曲线波动很少。

5　结论

——运用C语言编写代码在MATLAB环境下对数据进行数字滤波处理，可以有效地对撕裂峰进行数字化判别。

——基于MATLAB对均匀撕裂曲线、常见撕裂曲线和集束撕裂曲线数字滤波处理后进行数字化判别，结果表明：均匀撕裂曲线和集束撕裂曲线显示的曲线波动较少，常见撕裂曲线显示的曲线波动很多。

[1]纺织品 织物撕破性能 第2部分:裤形试样(单缝)撕破强力的测定:GB/T 3917.1—2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[2]姚穆.纺织材料学[M].北京:中国纺织出版社,2009:25-78.

[3]邓丽丽,吕丽华,姜红.机织物撕裂破坏机理及其影响因素[J].大连轻工业学院学报,2004,23(1):63-65.

[4]姚澜,吴坚.机织物撕裂强力的测试方法分析[J].大连轻工业学院学报,2001,20(3):221-224.

[5]刘晓丹,侯维岩,李锐君,等.织物撕裂性能检测准确性研究[J].上海纺织科技,2010,38(9):6-8.

[6]姜启钢,陈旭炜,李毓陵,等.芳砜纶织物的撕破性能研究[J].产业用纺织品,2007,25(2):26-28.

[7]王婷,安红.棉型服装面料撕裂性能预测分析[J].江苏纺织,2005，24(6):36-39.

[8]孔祥强．MATLAB软件在空间解析几何教学中的应用探索[J].计算机应用与软件,2012,29(8):297-300.

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[10]案冬侠．MATLAB在数字图像处理技术中的应用[J].陕西纺织,2009,30(4):50-51．

[11]程浩南.剪切作用下棉织物撕裂曲线分类的研究[J].山东纺织科技,2015,57(5):8-11.

Research on fabric tearing peak digitized discrimination based on MATLAB

ChengHaonan

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

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

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