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《东华大学》 2010年
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弹性织物着装接触压力研究与触压舒适性评价系统的建立

孟祥令  
【摘要】:触压舒适性是着装总体舒适性的重要组成部分,也是舒适性研究中相对新的领域。着装热湿舒适性领域经过众多研究已经相对成熟,但有关触压舒适性的物理机理尚需进一步的探讨。着装接触压力是研究触压舒适性的一个重要客观指标。目前,对于着装接触压力的研究仍需深入,有关接触压力产生的本质以及动静态理论预测模型尚未完善,而触压舒适性的研究多以主观着装实验为主,费时、费力,评价结果容易受环境、评价者的主观态度、心理、生理及经历的诸多影响。针对这一现状,本文对弹性织物的着装接触压力和触压舒适性进行了深入研究。 绪论部分首先概述了着装接触压力和触压舒适性这一领域的研究现状,分析了目前国内外在此领域所作的研究、采用的方法、取得的成果以及存在的问题,由此引出本文的研究内容。 其后,由着装接触压力的产生形式入手,对该指标进行定义及单位的统一,并确定本文所研究的着装接触压力的形式。采用AMI-3037气囊式测量系统采集了25件样品、七个人体部位、四种人体姿态、三种动作过程中的着装接触压力变化。着重探讨了着装部位、人体姿态、着装时间与着装款式四种因素对于着装接触压力的影响。分析发现,以上四种因素的变化均影响着装接触压力的大小。文中采用皮尔逊积距法进一步分析着装宽松量与接触压的相关关系,并建立起两者间的一元线性回归模型。模型通过了残差检验、拟合优度与显著性检验,具有统计学意义与实际意义。追寻影响机理发现,四种因素所产生的影响均为织物适应人体而产生的应变所致。 因而,本文进一步探讨人体皮肤、织物的动态应变与着装接触压力的关系。参考捺印法与描线法,结合研究部位的具体特点,测量了人体皮肤与织物在长度、围度与角度方向的动态应变。分析发现人体皮肤、织物的动态应变确与着装接触压力存在密切的关系,由此建立着装接触压力与皮肤及织物应变的多元回归模型。该模型通过了残差检验、拟合优度检验(R2=0.853)、回归方程显著性F检验(F=130.134、p0.01)与回归系数显著性t检验(p0.01),模型具有统计学意义。分析还表明,织物应变受到自身特性的影响,因而发现着装接触压力大小的本质源于织物自身力学性能。所以考察织物力学性能与着装接触压力的关系可发现,大多数织物力学指标与着装接触压力值呈相关关系。 第四章首先假定弹性织物符合弹性薄壳的要求,可采用弹性力学理论,进而进行一系列假设,使织物着于人体时的受力分析可采用无矩薄壳理论。由此以弹性力学、材料力学、无矩薄壳理论为基础,建立以织物力学性能为参数的静态着装接触压力数学模型。根据此模型推导出不同人体部位的着装接触压力模型。根据数学模型预测了腕部、小臂中部、侧肌部的理论值,并采用125个实测数据对理论预测值进行拟合分析。分析表明两者的pearson相关系数均在0.85以上,理论值与实测值有良好的一致性。同样对肘部的着装接触压进行理论预测,并采用50个实测数据对该理论预测进行拟合分析。分析表明,肘部理论预测值与实测值的积距相关均在0.86以上,预测值对实际值具有较好的拟合优度。以上结果表明,本文所建立的静态着装接触压力数学模型具有统计学意义;且有良好的预测精度,具有实际意义。在该静态着装接触压力理论模型的基础上,分析实验所得动态着装接触压力的变化规律,选用高斯函数进行动态模拟,建立起动态着装接触压的数学模型。经7个测量部位420个数据点的分析表明:该函数的理论动态模拟曲线对实测曲线的拟合相关系数R2均大于0.97,所建动态着装接触压力的拟合优度高。该动态模型可预测人体动作变化过程中任一点的着装接触压力值,也可模拟动态着装接触压力的连续曲线,从而清晰表达人体动作过程中着装的压力变化情况。 第五章首先探讨了着装接触压力对着装表面温度与人体血流的影响。文中采用非接触的红外热像仪获取小臂着装表面的温度数据,选用温度分布图、区域温度直方图、区域均值温、线测温进行了综合分析。结果表明着装表面温存在具有区域特征的规律性分布。内肘部、内前腕为表面温度的高温区;外中部与内中部接近;侧肌部与外肘部处着装表面温度较低,外前腕为低温区。对同一部位着装表面温度受织物成分与着装接触压力的综合影响。本文中,化纤与氨混纺织物的着装表面温度随着装接触压力的增加先减小而后增加,而棉氨混纺织物的着装表面温度随着装接触压力的增加而增加。采用AMI-A0203装置为选取部位进行三种不同的加压-撤压过程,选取AMI-A0010采集三种过程中人体血流的动态变化。结果分析可将人体在受外压力过程血流的变化分为三个阶段:初压生理反应性充血期、血流阻碍期、撤压生理补偿性充血期。加压初期人体血流量会瞬间增加,为初压生理反应性充血期,一般当压力大于0.59kPa时即会出现;当压力大于该值或持续较高的外力时,会形成血流阻碍期;当突然撤去压力时血流量瞬间增加,为撤压生理补偿性充血期。 本章还进行了主观着装实验。对主观着装实验的结果分析发现,在日常生活中,正常温湿度、非剧烈运动状态时,触压感相对于热、湿感与人类舒适性感觉更为密切。即,相对舒适的环境中着合适衣物时,热、湿对于人类着装总体舒适性的影响减小,而此类环境条件下着装的总体舒适性更多地取决于着装触压舒适性。由此建立起该条件下着装总体舒适感与柔软感、粗糙感、轻重感、压迫感之间的多元回归模型。模型通过了残差检验、拟合优度检验(R2=0.878)、显著性F检验(F=60.923,概率p0.01)与多元回归系数的显著性t检验。 在综合前文研究的基础上,第六章采用三种神经计算网络建立起织物力学性能客观指标与主观触压舒适性评定之间的关系。首先采用因子分析法对面料的19个FAST力学性能指标进行了降维处理。将因子分析得到的四个公因子、织物的弹性模量、着装宽松率共六个参数作为神经网络模型的输入变量。取着装舒适感知中的松紧感、柔软感、粗糙感、压迫感、总体舒适感共五个因子作为输出变量。分别选取70、110、160个样本作为三种网络模型——BP、RBF、GRNN——的训练样本量,与不同的网络参数结合,共得到初始的13个网络模型。经随机选取的25个样本对网络进行测试择优后得到5个性能较好的模型。再次经随机选取的25个样本对网络进行检验比较发现,GRNN广义回归神经网络所建立的评价模型最优。GRNN网络所建评价模型主客观评价的相关系数最大,R≥0.98。GRNN模型预测准确率最高,对于松紧感、柔软感、粗糙感、压迫感的预测准确率为96%,对于总体舒适感的预测准确率为92%。GRNN模型的回归方程系数最接近1,且数据点基本分布在拟合线周围,拟合最优。综合分析考虑评价模型的预测准确率、评价模型的主客观回归方程与线性拟合的实际情况,GRNN网络模型为本文最为理想的着装触压舒适性客观评价模型。 最后,本文综合全部研究成果,选用与Matlab具有良好接口的C#语言,以.NET作为系统开发平台,进行软件界面设计,构造可视对象,开发了着装触压舒适性评价系统。该系统主要实现着装触压舒适性的客观评定。还可对面料规格、面料性能、面料款式、人体尺寸、服装尺码等信息进行管理。可计算理论着装接触压力,模拟动作过程中人体部位着装接触压力的变化。该测评系统以较易获得的织物力学性能为输入,可以节省主观实验的大量人力与时间。同时系统具有操作简便、数据直观、运行速度快、界面可视化程度高、具有良好的扩展能力等特点。 本文较为系统、深入地对弹性织物着装接触压力与触压舒适性进行了研究。分析了影响着装接触压力的原因,建立起相关的一元与多元回归模型,并进一步建立起可进行着装接触压力静态预测与动态模拟的理论模型。探讨了着装接触压力对着装表面温度与人体皮肤血流的影响,进行了着装触压舒适性主观实验,并建立起着装触压舒适性评价系统的神经计算模型与软件测评系统。本文所建触压舒适性系统中所需的参数以织物力学性能指标、服装、人体尺码为主,因而便于纺织服装企业的应用操作。有助于指导企业进行织物的生产、服装款式的设计,以更好的满足消费者对于舒适性的需求。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TS941.17

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