服装压力与人体舒适性之关系.pdf

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1、第2 7 卷第3 期 2 0 0 6 年3 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 7N o 3 M a r 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 0 3 0 1 0 3 0 3 服装压力与人体舒适性之关系 宋晓霞1 ，冯勋伟2 ( 1 上海工程技术大学服装学院，上海2 0 1 6 0 0 ；2 东华大学纺织学院，上海2 0 0 0 5 1 ) 摘要从服装压力与人体舒适性关系、服装压力研究的理论基础与以往的研究基础、学科领域发展中的重大贡 献介绍、服装压力的测定等4 个方

2、面对目前服装压力与人体舒适性关系的研究进行综述，并讨论了如何用数字化 模拟的方法建立三维动态服装压力分布模型。 关键词服装压力；人体舒适性；三维动态模型；有限元 中图分类号：T S 9 4 1 7 6 3 5文献标识码：A R e l a t i o n s h i pb e t w e e ng a r m e n tp r e s s u r ea n dh u m a nb o d yc o m f o r t a b l e n e s s S O N GX i a o x i a l ，F E N GX u n w e i 2 ( 1 F a s h i o nI n s t i t

3、 u t e ，S h a n g h a iU n i v e n i t yo fE n g i n e e r i n gS c i e n c e ，S h a n g h a i2 0 1 6 0 0 ，C h i n a ； 2 C o l l e g eo fT e x t i l e ，D o n g h u aU n i v e n i t y ，S h a n g h a i 2 0 0 0 51 ，C h i n a ) A b s t r a c tA no v e r v i e wo fg a r m e n tp r e s s u r ea d d r e s

4、s e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ng a r m e n tp r e s s u r ea n dh u m a n b o d yc o m f o r t a b l e n e s s ，t h et h e o r e t i c a lb a s i so ng a r m e n tp r e s s u r ea n dp r e v i o u ss t u d y ，i n t r o d u c t i o no fs t u d i e s w h i c hm a d eg r e a tc o n t r i

5、 b u t i o n si nt h i ss c i e n t i f i cf i e l da n dm e a s u r e m e n to fg a r m e n tp r e s s u r e H o wt ob u i l du p 3 Dd y n a m i cg a r m e n tp r e s s u r ed i s t r i b u t i o nm o d e lu s i n gn u m e r i cs i m u l a t i n gm e t h o di se x p l i c a t e d K e yw o r d sg a

6、r m e n tp r e s s u r e ；h u m a nb o d yc o m f o r t a b l e n e s s ；3 Dd y n a m i cm o d e l ；f i n i t ee l e m e n t 服装舒适性是服装人体工程学的主要研究内容 之一，它包括热湿舒适性、感觉舒适性和压力舒适性 等，其中服装的压力舒适性是评价服装舒适性的一 项重要指标。紧身贴体的服装，包括内衣、运动服 装、弹力袜的压力舒适性等问题是目前的研究热点。 本文系统地介绍了国内外服装压力的研究情 况，分析并讨论了服装压力与人体舒适性的关系，以 及目前该领域的最前沿研究内容，比

7、较了常用的服 装压力的评价与测量方法，提出了服装压力研究的 未来发展方向。 1 服装压力的人体感受 人体在运动时与服装之间形成了动态接触。在 人体与服装的动态接触过程中，服装以相对滑移量和 衣料变形来符合人体变化，由于衣料变形而产生内应 力，对人体接触部位产生束缚力，使人体感受到服装 压力。文献 1 认为按个体差异和身体部位不同，使 人体感觉不舒服的服装压力介于5 8 8 9 8k P a ，这与 皮肤表面的毛细血管的血压相近；而舒适服装压力范 围为1 9 6 3 9 2k P a 。当服装压力超过舒适临界压力 值时，血液流动困难，从而导致血液流动受阻或停止 流动，最终血液被迫流向腿部较低部位

8、，从而造成下 肢肿胀幢J 。服装压力的大小主要取决于4 个因素：服 装的款式与合身性、身体各部位的形状、人体皮肤和 皮下软组织的力学性能以及面料的力学性能。 2 服装压力研究的理论基础 接触力学是建立服装压力模型的基础性理论， 因为压力来源于人体与服装间的动态接触。服装压 力的理论研究经历了3 个阶段。在第一阶段，接触 收稿日期：2 0 0 5 0 5 1 8修回日期：2 0 0 5 一1 0 1 4 基金项目：上海市重点学科建设资助项目( P 1 4 0 4 ) ；上海市教委科研项目( 0 4 N B l 2 ) 作者简介：宋晓霞( 1 9 7 2 一) ，女，汉，讲师，博士生。主要研究领域

9、包括服装人体工程学、服装C A D 等。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【1 0 4 】 纺织学报第2 7 卷 体局限于刚体和简单的弹性体，人们只研究总的接 触力和总的摩擦力，牛顿第三定律和C o u l o m b 的摩 擦定律是这个阶段的主要理论基础；赫兹接触定律 被视为第二阶段的里程碑，赫兹在研究中，假定接触 体可以被看作具有小变形的弹性半间距体，接触面 积很小，总体上是椭圆形的，并假定接触边界没有摩 擦，基于这个理论，人们可以研究静态接触

10、表面上诸 如压力分布的局部现象。数字化估算是解决接触问 题的第三阶段。 以往关于服装压力的研究绝大多数集中于穿着 试验，以测量其服装压力和相关的主观感受。文献 3 测量了被紧身胸衣和束腰覆盖的腰部区域的服 装压力，并就服装压力进行了感受试验。结果表明， 腰部压力受到被覆盖面积大小、呼吸和服装随人体 运动能力的影响。 文献 4 提出了医用弹力袜对下肢静脉曲张的 预防和治疗机理，研究了地组织线圈长度、腿模周长 和袜筒压力的关系，得出了袜统压力的适合设计值； 文献 5 利用心理量表对不同号型、不同款式和不同 弹性的运动内衣在不同状态下做出了主观压力感评 价，并对所得值进行方差分析，讨论各部位的压力分

11、 布状况及理想的服装类型。这种对服装压力的主观 评价方法相对来说简单易行，但精确程度与可靠程 度则远远不够。 有关服装穿着时压力的理论研究报道非常有 恨。文献 6 介绍了预测穿着外轮廓、服装压力和感 到舒适的服装松量等基础系统的研发过程。使用这 套系统，在一个简易的假人上研究了服装压力的三 维分布和感到舒适的服装松量，并在纸样上绘图加 以完善、修改。但是文献 6 没有给出模型的细节和 模拟算法。该系统局限于静态压力分布和尺寸的相 应性研究，没有考虑动态接触力学。 3 学科发展中的重大贡献 目前在服装压力方面的主要研究问题有紧身内 衣压力分布的计算模型、三维动态服装压力的数字 化模拟、皮肤压力对

12、人体中枢神经和内分泌系统的 影响效果研究、服装舒适压力的测定和评估等。 3 1 紧身内衣压力分布的计算模型 中山大学的罗笑南等人针对紧身内衣着装后对 人体压力分布的计算问题，提出了一个可行的计算 模型。该模型以弹性力学的薄膜大变形理论为基 础，通过求解变形后内衣上一系列点上的应力，再根 据弹性力学的最小位能原理，采用拉格朗日乘数法， 计算出弹性内衣对人体的压力。对此问题可理解为 已知内衣和人体模型，即已知内衣和人体的外形几 何信息，内衣的材料性能以及内衣边界的着装位置， 求着装后内衣对人体的压力分布。首先，将弹性内 衣拉伸至人体的着装部位，其外形与着装部位的外 形吻合，求此时内衣上各点的应力。

13、然后，由于内衣 被拉伸，其对人体的结构点产生压力，方向沿接触面 的法线方向，计算此时人体的结构点所承受的压力。 此计算模型相对简单，但未考虑服装压力的动 态变化以及“人体一服装一环境”之间的动态热湿交 换，所以只限于紧身内衣静态压力分布的计算。 3 2 三维动态服装压力的数字化模拟 在三维服装压力的研究中，有限元方法由于其 不受几何外形、材料性能和接触体变形方式的局限 而得到最广泛的应用。使用有限元方法，复杂的接 触问题可以转化为代数方程式系统来求解。英国学 者在该领域早有成果发表。 文献 7 采用有限元的方法建立了数字化模拟 三维动态服装压力的机械力学模型，研究动态服装 压力分布，主要包括两

14、方面的内容：一是建立一个能 够准确描述服装与人体之间动态力学相互影响关系 的力学模型，二是研究出能产生服装压力可视化模 型的计算机算法。这需要服装设计、接触力学、人体 生理力学和计算机技术等跨学科的知识，所以研究 难度非常大。目前该研究小组已建立了包含皮肤、 软组织和骨骼三层不同力学性能的三维生理力学人 体模型。 文献 7 基于分析人体和服装间的接触特性，在 动态接触力学的理论基础上建立了一个力学模型。 在这个模型中，服装被视为具有非线性几何特征的 弹性壳体，人体则被视为刚体，人体和服装间的接触 被视为动态的不断滑移的界面。该服装变形兼具材 料线性和几何非线性的力学特征，并仅在运动时由 于服装

15、压力而限制人体的运动，在人体休息时则没 有压力。要求试验者以恒定的速度向前移动，分析 了作用于服装单元上的外力，得到了模拟女性在身 穿合体运动衣以恒定速度慢步时的动态服装压力分 布的力学模型。 该模型假定人体为刚体，服装面料厚度上的应 力假设为零，要求在运动时人体始终与上衣肩部的 最高点和短裤的腰部保持接触，且人体和服装间的 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第3 期宋晓霞等：服装压力与人体舒适性之关系【1 0 5 】 摩擦忽略不计。因此该模型与实际

16、人体服装压力有 一定差距，且计算复杂，需借助功能强大的计算机来 完成，实际应用存在困难。 4 服装压力的测定 目前英国和日本在服装压力测定设备的研制方 面处于领先地位，其测试原理是通过传感器( 包括空 气式传感器和光纤传感器) 将服装压力信号转化为 电压信号输出，通过二者间的线性关系获得准确的 服装压力。 文献 8 采用弹性光纤来测量袜子对人体皮肤 产生的压力，该纤维由核心层、中间层和鞘层组成， 并具有光学波长索引导航。弹性光纤的核心层( 光 线折射率为1 5 1 ，直径为1 7m m ) 被中间层( 折射率 为1 4 1 ) 覆盖，二者由最外层的黑色鞘层挡住了外 部光线。核心层和中间层由硅橡

17、胶制成，鞘层由氟 橡胶制成。进人核心层的自然光通过全反射从一端 传递至另一端。当弹性光纤受外力变形时，在核心 层内传递的光线数量会发生变化，逸出的光线数量 会减少。因此，作用于弹性光纤的外力大小可通过 测量逸出的光线数量来获得。文献 8 介绍了基于 这个原理研制的一套装置用来估测服装压力，分析 了输出电压和外力间的关系，发现二者的线性相关 度为一0 9 9 。因此采用这套装置测试服装压力准确 性相当高。 由于服装是穿着在人体上的，人体曲面的复杂 性及人体运动时的生理、物理变化，给服装压力的测 量带来了困难。随着虚拟仪器技术的日益成熟，文 献 9 以美国N I 公司的L a bV i e w 为

18、开发平台，建立 了基于虚拟仪器技术的服装压力测试系统，可以精 确测量着装人体运动时的服装压力变化情况，较直 观地实时再现服装压力。 5 研究展望 服装压力是服装工程学研究中的一个重要方 面，但目前对服装压力的评价往往是通过主观方法 测试的，有许多局限性和不足之处。今后应考虑采 用神经网络、遗传算法等先进理念进行深入研究，在 服装压力的测试方面争取研制出更经济有效的测试 仪器，能定量分析服装压力与舒适性的关系，并能模 拟人体穿着服装时的动态压力。 V T Y R J 参考文献： D e n t o nMJ F i t ，s t r e t c ha n dc o m f o r t lJJ T

19、e x t i l e s ，1 9 7 2 ， ( 3 ) ：1 2 1 7 P r a t tJ ，W e s tG P r e s s u r eG a r m e n t s ：AM a n u a lo nT h e i r D e s i g na n dF a b r i c a t i o n M U K ：B a t hP r e s s ，1 9 9 5 M a k a b eH ，M o m o t aH ，M i t s u n oT ，e ta 1 E f f e c to fc o v e r e d a r e aa tt h ew a i s to nc l o

20、 t h i n gp r e s s u r e J S e n iG a k k a i s h i ， 1 9 9 3 ，4 9 ( 1 0 ) ：5 1 3 5 2 1 沈大齐，竺素丹医用弹力袜的压力设计 J 西北纺 织工学院学报，1 9 9 6 ，1 0 ( 2 ) ：1 6 2 1 6 5 徐军，周晴运动内衣压力分布的主观评定 J 纺织 学报，2 0 0 5 ，2 6 ( 2 ) ：7 7 8 1 N i w a y aH E v a l u a t i o nt e c h n o l o g yo fc l o t h i n gc o m f o r t a b l e n

21、e s s J JN a i lI n s tM a t e rC h e mR e s ，1 9 9 9 ，7 ( 5 ) ：2 6 9 2 8 2 Z h a n gX ，Y e u n gKW ，L iY N u m e r i c a ls i m u l a t i o no f3 D d y n a m i cg a r m e n tp r e s s u r e J T e x t i l eR e sJ ，2 0 0 2 ，7 2 ( 3 ) ： 2 4 5 2 5 2 T o y o n o r iN i s h i m a t s u ，K e n i c h iO h

22、m u r a ，S a d a m uS e k i g u c h i ， e ta 1 C o m f o r tp r e s s u r ee v a l u a t i o no fm e n ss o c k su s i n ga n e l a s t i co p t i c a lf i b e r J T e x t i l eR e sJ ，1 9 9 8 ，6 8 ( 6 ) ：4 3 5 一 4 4 0 王毅，马立原基于虚拟仪器技术的服装压力、温湿 度测试系统 J 陕西纺织，2 0 0 4 ，( 2 ) ：3 9 4 0 1I 1 J 1 J 1 J 2 3 4 5 6 7 8 9 r；rrl r L r L 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark