（纺织工程专业论文）服装压力舒适性的测试与评价[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 本课题通过对3 种不同氨纶含量的单面针织面料进行人体穿着试验，对服装压力 舒适性进行了主观评价同时，通过灰色聚类分析对上述面科在不同拉伸率条件下 的压力舒适性进行了分类评价。 为定量地对服装压力进行研究，本课题自行设计并搭建了服装压力测试装置。 该装置选用美国h o n e y w e i i 公司生产的f s l 0 5 n 2 c 型压阻式压力传感器，结合高精度的 放大电路，使输入输出关系更加准确、直观为了减小温度对测试结果的影响，选 用高性能的恒流源对测试电路进行供电。同时在电路中进行温度补偿。为了减小内 外因素对整个电路的影响，特采用光电耦合器4 n 2 5 对干扰信号进行隔离。采用 i c l 7 1 0 7 数模转换器，驱动共阳极l e d 管，来对输出结果进行同步显示。对测试仪器 进行标定后，将传感器嵌入人体模特。 ， 选用上述面料，通过不同拉伸率下的静态服装压力测试，得出服装压力与织物 拉伸弹性的关系，并结合图表，建立拉伸弹性力学模型，对弹力针织面料拉伸变形 过程中的结构变化进行分析研究。 本课题中，将动态服装压力分为宏观压力与微观压力两类，宏观动态服装压力 主要指人体运动状态下由于皮肤变形伸长及服装宽裕率的影响而产生的服装压力变 化。微观动态服装压力指服装面料的应力松弛而导致的服装压力的变化。通过测试 分析，得出影响动态服装压力的因素。 关键诃：服装压力；灰色聚类：f s l o s n 2 c 压阻式传感器；i c l 7 1 0 7 ；温度补偿 a b s t r a c t i nt h i st h e s i s , t h ep r e s s u r ec o m f o r to f3k i n d so fs i n # ek n i t t e df a b r i c sw i t hd i f f e r e n t s p a n d e xc o n t e n t sw a ss u b j e c t i v e l ye v a l u a t e db yr e a lw e a r i n g t e s t a n dt h ep r e s s u r e c o m f o r tu n d e rd i f f e r e n te l o n g a t i o nr a t e so f t h e s ef a b r i c sw a se x c l u s i v e l ye v a l u a t e dw i t h g r a yc l u s t e r i n g t os t u d yc l o t h i n gp r e s s u r eq u a n t i t a t i v e l y ，ad e v i c em e a s u r i n gc l o t h i n gp r e s s u r ew a s d e s i g n e da n dc o n s t r u c t e d i nt h i sd e v i c e , af s l 0 5 n 2 cp i e z o r e s i s t i v es e n s o rp r o d u c e db y h o n e y w e l lc o m p a n yi na m e r i c aw a sa d o p t e d ，c o m b i n e dw i t hh i g hp r e c i s i o ne n l a r g e c i r c u i t , 卸a c c u r a t er e l a t i o n s h i pb e t w e e n “i n ”a n d “o u t ”s i g n a l s 咖b ed i r e c t l yp e r c e i v e d t or e d u c et h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r e ，ah i 暑hq u a l i t yc o n s t a n t - r a t ep o w e rs o u r c ew a s c h o s e na ss u p p l yp o w e rt ot h et e s tc i r c u i t m o r e o v e r ，t e m p e r a t u r ec o m p e n s a t i o nw a s a p p l i e di nt h ec i r c u i t d i s t u r b i n gs i g n a l sc a n b ei s o l a t e db yo p t o e l e c t r o n i cc o u p l e r4 n 2 5 1 c l 7 1 0 7a dc o n v e r s i o nd e v i c ed r i v e sl e d , w h i c h d i s p l a y i n gt h er e s u l t si s o c h r o n o u s l y a f t e rt h ed e v i c ew a sd e m a r c a t e d ，i tw a se m b e di nm a n i k i n 。 u s i n gt h o s ec h o s e nf a b r i c s ，t h r o u g ht h em e a s u r i n g o fs t a t i cc l o t h i n gp r e s s u r e su n d e r d i f f e r e n tr a t e so fe l o n g a t i o n ，t h er e l a t i o nb e t w e e nc l o t h i n gp r e s s u r ea n dt e n s i l ee l a s t i c i t y w a sa c q u i r e d a c c o r d i n gt ot h ec h a r t at e n s i l ee l a s t i c i t ym a t r i xw a se s t a b l i s h e d a n dt h e t e x t u r ev a r i a t i o no fs t r e t c hk n i t t e df a b r i c sw a sa n a l y z e d d y n a m i cc l o t h i n gp r e s s u r ew a sc l a s s i f i e da sm a c r o s c o p i ca n dm i c r o c o s m i c i nt h i s p a p e r t h ef o r m e rr e f e r st ot h ep r e s s u 陀c h a n g er e s u l t e df r o mt h es k i ne l o n g a t i o na n d r e d u c i n go fr o o mb e t w e e nc l o t h i n ga n d s k i ni nb o d ym o v e m e n t ，a n dt h el a t e rt op r e s s u r e c h a n g er e s u l t e df r o ms t r e s sr e l a x a t i o no fc l o t h i n gf a b r i c s b ym e a s u r e m e n ta n da n a l y s i s ， t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r st od y n a m i cc l o t h i n gp r e 豁u r ew e r eo b t a i n e d k e yw o r d s ：c l o t h i n gp r e s s u r e ；g r a yc l u s t e r i n ga n a l y s i s ；f s l 0 5 n 2 cp i e z o r e s i s t i v e s e n s o r ；i c l 7 1 0 7 ；t e m p e r a t u r ec o m p e n s a t i o n 声明 声明 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果文中 依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果 论文作者签名： 鸱砖 f tw l ：搁年6 6 其酗 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为 青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密口 ( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名： 日期搁年一臼屈日 导师签名：1 铡久广q 傀 e t j l i i ：歹叼年6 月，丑 ( 本声明的版权归青岛大学所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) 第一章绪论 第一章绪论 i 1 服装压力舒适性的含义卜旬 服装压力指人体着装后，服装形状、重量、尺寸等因素对人体制约时产生的压 力。或者说，人穿服装后，因动作产生的皮肤仲长，当服装的宽松量对皮肤滑动量 吸收不了时，就要有衣料的弹性伸长来补偿，从而产生伸长力，这个伸长力在法线 方向产生分力约束人体，加上服装重量形成的垂直负荷，两者的总和使人体产生压 迫感或束缚感，这种压迫感或束缚感被称作服装压力服装压力舒适性是指在一定 的环境和运动状态时人体在一定的服装压力下能够感到满足的状态。人体的不同部 位对压力的要求不同，随着运动状态的变化，对压力的需求也不同，人体各部位所 需要的舒适压力具有一定的范围，并且受到人们运动量、心理因素、生理机能的影 响。 服装压力舒适性是环境、人体、服装之间的一个综合的平衡，是环境气候条件、 人体活动水平、服装款式和服装材料性能等各种因素的综合协调。因此，压力舒适 感的影响因素是相当复杂的，它不但涉及到人们的生理因素与物理因素，而且还与 心理因素、环境条件、活动状况、情绪状态等有很大关系。 1 2 服装压力舒适性的研究现状 服装的穿着舒适性是人体、服装和环境之问达到一种合理的平衡状态的感觉。 目前，对服装穿着舒适性的研究主要集中在服装材料对人体的热湿生理的满足方面， 即热湿舒适性方面，在这方面已有大量的研究。国内外学者陆续发表了一些富有成 效的研究成果，试验得出的一些结论已被实践证明。然而关于服装压力舒适性的研 究起步却很晚，就服装压力舒适性的研究现状而言，可以说仅仅在局部方面摸索到 一些方法规律，在某些关键问题上，尚未建立系统的理论。特别是在人体压力舒适 性的生理、心理机制、压力舒适的基本概念和含义、它们与服装功能性的关系以及 表达指标和测试方法等方面都有待进一步的研究。 随着弹性织物及弹性内衣的兴起，作为其穿着舒适性的重要方面压力舒适 性，日益受到学者们的关注。 1 2 1 国外 s a l i mm i b r a h i m 在1 9 6 8 年探讨了具有双向拉伸性能的织物秘成的保型性内 青岛大学硕士学位论文 衣的机械性能，、并给出了内衣压、内衣穿着在人体上的外型轮廓、人体在行走时的 震颤情况的测试方法” 在近期，国际上特别是日本的学者进行了较多的研究刚町，k a z u y a 等人“o 研究 并讨论了内衣舒适和内衣压的关系( 1 9 9 7 ，1 9 9 1 ) ；n o r i k oi t o 等人”和h a r u m i m o r o o k a 等人探讨了织物的物理性能和紧身短裤的穿着舒适性之间的关系 ( 1 9 9 5 。1 9 9 7 ) ；a y a k oi n a m u r a “”等人研究了紧身短裤的穿着舒适性与织物的物理性 能之间的关系( 1 9 9 5 ) ；t o y o n o r in i s h i m a t s u 等人“”利用了具有弹性的光纤纤维制 成的压力测试仪测试并评定了男袜的压力舒适性( 1 9 9 8 ) 穿衣期间在织物与皮肤接触及力学相互作用的过程中，衣服将对皮肤施加压力 和动态力学刺激，从而激发各种机械感知并产生各种不同的触觉m o m o t u 等“”研究 了日本妇女长筒袜造成的服装压力，测量了穿着这种袜子时的服装压力和人的感觉 反应情况。饱得出结论，即为了设计不松不紧舒适的长筒袜，有必要保证以下几点： ( 1 ) 袜长必须能足以盖住小腿上部；( 2 ) 脚踝处的线迹和式样能够方便的跟上腿 部的活动；( 3 ) 在休息站立时小腿部的压力应在6 6 6 5 - 1 3 3 k p a 范围内 h o m a t m 等o ”报告了一项穿着日本男式袜的服装压力的研究，通过测量人脚上 袜子的压力和脚模型的袜子压力，发现袜子在人脚的压力比脚模型上测量的压力要 小，受试者报告了感觉舒适性的压力大约为：上部1 3 3 k p a ，踝部6 6 6 5 1 3 3 k p a m a r k s “”用一弹性材料制作的带子围在身体的某一部位并拉伸，从而估计出不舒 适压力的最低限度，并对舒适的程度进行判断，他们发现如果起初有些不适，一段 时间后就会感觉好些；如果起初非常不适，那么随着时间的推移就会变得无法忍受。 不舒适的临界压大约为7 0 9 m 2 ，它与皮肤表面毛细血管的血压平均值8 0 9 g 相接近 z h a n g 等人“”对服装压力舒适性开展了一系列理论研究，在三维人体几何模型 的基础上，建立了一系列三维力学模型来描述人体及服装的动量平衡，建构方程及 接触力学模型。在这个模型中，人体假设为一个钢体而服装视为弹性薄膜，通过定 义三维人体和服装的数字结构，材料力学属性，接触力学模型，边界条件和初始条 件，该模型可以计算出服装内部的应力一应变动态分布和变化，皮肤和软组织的应力 应变动态分布和变化。这个模型已用于模拟紧身穿着过程中的服装压力分布的变化。 l i 等人睁捌研制了一个新的生物力学模型来描述和模拟穿着运动文胸时的服装压力 和应力一应变分布，该模型具有较好的预测能力。 为模拟人体以测定接触压力，最近有人采用柔软人体模型为女体下躯干的尺寸， 模型包括全尺寸骨骼，模拟人体柔软组织及皮肤，该组织由不同模量的聚氨酯泡沫制 成类似于人体各部分的组织，用硅橡胶来模仿皮肤。此方法主要根据服装对人体和模 型的压力相关性，通过线性方程来评价服装的压力舒适性，而无需用真的模特洲。 2 第一章绪论 1 2 2 国内删 服装压力舒适性的研究在国内起步较晚，重视不足。相关研究也较少。西安工 程科技学院曾经针对运动长裤、弹力背心等对服装压力的主、客观影响因素进行过 研究，并建立了一种人工神经网络，通过设计一组服装穿着实验，在进行主观评价 服装穿着感和舒适感的同时，测量了每位服装穿着者一定部位的穿着压力、服装材 料的拉伸率和服装的宽裕率根据所得实验数据进行统计分析，对服装穿着者的各 种穿着感觉和舒适感作了探讨和分析，同时根据服装的适体程度和面科的弹性性能 指标给出了服装穿着主观压迫感的预测关系，并应用传感器对人体在穿着弹性长裤 时产生的压力进行了测量。北京服装学院采用美国t e k s c a n 开发的e l f 服装压力测试 系统对对青年女性内衣压力小样本进行研究。香港理工大学在动态服装压力的测量 方面有一定的研究。 上述所有的研究都为后来的研究打下了基础，并有很好的启发性。总结各位学 者的研究，大体包括以下几点：( 1 ) 进行了服装穿着实验。尽管有人提出服装穿着实 验耗费人力、物力和时间，但作为研究压力舒适性的有效手段，是一项完整研究不 可缺少的一部分：( 2 ) 利用仪器对静态服装压力迸行了测量，并对静态服装压与织物 的物理性能进行了研究。其不足之处有：( 1 ) 相对来说，对动态服装压的研究较少； ( 2 ) 将服装压、服装结构、织物的物理性能三者结合起来的研究很少：( 3 ) 定性研究 多，定量研究少。有些观点只处于基础的理论阶段，只是做了一些表面的假设，还 未上升到实践应用的水平。 1 3 研究服装压力舒适性的意义 服装压力舒适性是决定织物是否舒适的重要因素，服装穿着时的压力舒适性主 要是满足人体在运动过程中减轻疲劳、增强生理机能、满足心理和生理上舒适的需 要。服装压力的大小直接影响到人体运动自如和人体的生理机能。服装压力过大时， 对生理功能的危害有：容易使没有骨骼覆盖保护的内脏变位或变形：使内脏功能， 呼吸，脉搏，血液循环等发生障碍，影响身体发育。同时，人们在日常生活条件 下，由于织物的拉伸、压缩、弯曲等各种压力的作用，使人体皮肤受到压迫，运动 受到阻碍，人体的运动为克服这种阻力势必做很大的无效功而引起疲劳，增加了人 体无效功量的消耗，使人体感到不舒服。 服装舒适性的研究是从人体需要出发，系统研究各种服装材料的性能和使用要 求，从而为服装材料服用性能的研究提供基础数据，改善服装的设计及其组合，增 强人类对各种条件的适应能力并提高人们的工作效率。由此可见，开展对服装舒适 性的研究，能更好地促进纺织品的开发和使用，不仅具有重要的理论意义，而且具 3 青岛大学硕士学位论文 有重要的现实意义。对舒适性的要求不仅体现在热、湿舒适性方面，作为服装舒适 性重要组成之一的服装压力舒适性也同样越来越受到重视。服装直接与人体发生紧 密的联系，尤其是贴身穿着的内衣、泳衣、紧身衣，其压力舒适性将显著地影响服 装的总体舒适性良好的压力舒适性以及为满足某些运动机能提供所需的服装压力 值，不但对运动服的穿着舒适性有较大的影响，更重要的是起到了提高人体运动时 的身体素质、运动机能、运动竞技水平以及起到减缓疲劳、恢复疲劳等方面的作用 因此，服装的压力舒适性对于整个服装穿着舒适性以及功能性的研究是一项不 可缺少的重要因素。 人体皮肤与服装之问相互作用而产生的皮肤压力感觉方面的舒适性，涉及到服 装的基本特性，却不同于服装的一般属性。一般认为，它同服装与人体问相互机械 作用有关，与织物的力学性能和表面性能等基本性能也有关，是这些基本属性及服 装尺寸的综合嘲只有当这些基本属性各自处于适当的程度，并加以适当的配合， 才能得到良好的服装舒适性。因此确定一个合适的服装压力，或以服装压力为服用 性能指标来确定弹性织物编织工艺、织物组织结构、裁剪工艺是非常有必要的。由 于服装的压力舒适性受个体生理、心理以及所处的活动状态、环境条件等影响，并 且它涉及到许多综合方面学科的问题( 诸如人体工程学、服装功效学、服装心理学 等) ，从而使得这一问题的研究变得困难、复杂 1 4 本课题研究的主要内容 1 、将3 种不同氨纶含量的纬平针织面料做成服装小样。通过人体穿着实验采用数 量估量法来对服装压力舒适性进行主观评价，以得到人体穿着主观评价量值。同时 采用灰色聚类方法对不同条件的服装试样的服装压力舒适性进行聚类评价。 2 、自行设计并搭建服装压力测试装置。该装置选用美国h o n e y w e l l 公司生产的 f s l 0 5 n z c 型压阻式压力传感器，结合高精度的放大电路，从而使输入输出关系更加 准确、直观。为了减小温度对测试结果的影响，选用高性能的恒流源对测试电路进 行供电。同时在电路中进行温度补偿。为了减少内外干扰因素对整个电路的影响， 特采用光电耦合器4 n 2 5 对干扰信号进行隔离。采用i c l 7 1 0 7 数模转换器，驱动共阳极 l e d 管，来对输出结果进行同步显示。对测试仪器进行标定，将服装压测试装置嵌入 人体模特。 3 、为了预测服装压力舒适性，本文以上述3 种不同氨纶含量的纬平针织布为研究 对象，利用服装压力测试装置测量人体特定部位服装压力，以及随着时间的变化， 服装压力随着织物松弛而发生的相关变化，从而研究织物物理机械性能与服装压力 舒适性能之问的复杂关系，以达到对服装压力舒适感、服装压力感、服装压力值进 行预测的目的。 4 第二章服装压力舒适性的主观评价 第二章服装压力舒适性的主观评价 服装压力舒适性是人的一种主观感觉，是在_ 定的状态( 环境、运动状态等) 下，人们对服装压迫感觉的满意程度任何影响服装压力舒适性的物理指标都不能 单独的用来全面表达服装的压力舒适性离开了人体主观感受进行压力舒适性评价 是不全面的，也是不准确的因此，本章将采用服装实际穿着实验的主观评定方法 来对服装在穿着过程中的压力舒适性进行评价由于试验人员身体状况、个体穿农 历史，还有人们对穿着舒适性的理解和习惯等不同，实验测得结果并非完全统一， 人们掌握起来也只能靠平时的生活经验，这样他们对服装压力舒适性的评价就存在 一定的差异，因此本章采用灰色聚类分析方法对试样进行分析评价 2 1 实验方案 2 1 1 试样的准备 单面氨纶弹力针织物是弹力针织物中应用较为广泛的一种针织面料，适合用来 制作男女式内衣、紧身衣、全成型针织服装等。针织物采用适当的工艺加入适当比 例的氨纶可以提高织物的弹性，便服装更加具有紧身、收腹、提臀和保形性。 因此本文选用3 种拉伸性能不同( 即氨纶含量不同) 的弹性针织面料( 基本性能 见表2 1 ) 作为试样，分别记为a 、b 、c ，按照腰围【1 2 0 ，1 6 0 ，z o o 尺做成9 种款式 相同的紧身背心，这9 款试样分别记为【a l 、a 2 、a 3 、【b l 、b 2 、b 3 】、【c l 、c 2 、c 3 表2 1 试样的基本性能 2 1 2 实验人员的选择 选择腰围在1 0 2 4 0 尺之问的近似连续分布的试验人员2 0 a ，试验人员主要来 自青岛大学纺织系2 0 0 5 级学生，将试穿人员按照腰围由小到大的顺序分别编号为l 2 0 ，通过测量可以得到每位试穿人员的腰围如表2 2 ： 5 青岛大学硕士学位论文 儿1 21 31 41 51 6 1 7墙1 9加 2 2 1 62 1 92 2 32 2 2 3 02 3 2 2 3 52 3 72 4 0 2 1 3 压力舒适感的主观评定标准 本实验主要采用相关因素数量估计的方法。在心理物理学中，数量估计是个 简单而且应用广泛的心理量表示方法本实验得到的是服装压力舒适性的总体感觉 量值及其相关的影响因素( 压力感、重量感、束缚感、刺痒感、柔软感、滑爽感) 感觉量值将几种相关因素按感觉值的大小范围分别赋值，规定如下：例如对于压 力感，人体在无着装情况下的压力感觉为o ；在穿着腰围度最小，氨纶含量为0 9 6 的试 样时的压力感最大，其值定为1 0 。在这个标尺上，被等距离的分为l o 份，其它相关因 素类同。如图2 1 所示： o12 3 4 5 6 7 8 91 0 ll lllillill j 、中大 国2 1 数量估计标尺 在室温2 4 1 2 ，相对湿度为6 0 的条件下，试验人员分别对9 种试样进行试穿，试 穿者每种试样试穿时间为l o 分钟左右，每种试样试穿完后需要静放2 0 3 0 分钟，以 使其达到初始穿着状态试穿者在数值o 1 0 的范围内去评定穿着感。试穿者根据其 穿着时的感觉，在标尺上作出标记。实验结束时，测试者根据标记，再估计数值的 大小 实验统计数据见附录l 服装压力舒适性主观评价结果) 。 2 2 实验结果与分析 对于不同腰围的试穿者，当穿着同一件试样时，试样的拉伸率是不相同的，由 于所选的试穿人员的腰围具有近似的连续性，因而试样的拉伸率在某个范围内也是 近似连续的。所有试穿人员对9 件不同试样试穿的总体压力舒适感与拉伸率之间以 及压力感与拉伸率之阃的关系如图2 2 2 7 ： 6 第二章服装压力舒适性的主观评价 趔 桶 镑 ! 靶 韶 r 遵 趔 嘲 鸶 ! 鞫 密 r 幽 oo 5l1 5 拉仲率( 1 0 0 ) 图2 21 2 尺试样的穿着总体压力舒适感 00 2o 4o 6 拉伸率( 1 伽嘟 图2 31 6 尺试样的穿着总体压力舒适瘳 7 r = = 丽酮 i + 试样b 2 f i ! 堡壁堡i ： m 8 6 4 2 o 2 0 8 6 4 2 o 壹鱼查兰堡主兰垡堡苎 h 眦嚣i兰写雠搭： 9 8 5 8 7 5 7 6 5 一o 2- o 100 10 20 3 拉伸率( 1 0 0 ) 图2 42 0 尺试样的穿着总体压力舒适感 1 0 8 誓 6 鏊4 2 o 00 511 5 拉伸率( 1 0 0 t ) 图2 5 拉伸率与服装压感的关系( 1 2 尺) 0o 10 2o 3o 40 5o 6 拉伸率( 1 0 嘛) 匿2 6 拉伸率与服装压感的关系( 1 6 尺) b f 羽 i 一式样b 3 l l = ! 堕登堡i r = = 酮 l + 试样b ll i = 堕塑! i 趔翻韬面驻宙 o 9 8 7 6 5 4 3 2 l o 鸯坦瓣苍 第二章服装压力舒适性的主观评价 镱 日 蝌 d 墨 - - 0 3 0 2 0 100 10 20 3 拉仲率( 1 0 0 ) + 试样a 3 i + 试样b 3 1 1 遮搓盟 图2 7 拉伸率与服装压感的关系( 2 0 尺) 结合图2 2 2 7 ，我们可以得出以下结论： 1 、从曲线图2 2 、2 3 、2 4 中我们可以看出：对于不同氨纶含量的纬平针织面料所 做的试样，拉伸率在1 0 2 0 左右，可以达到最大的穿着压力舒适感；当拉伸 率在0 2 5 之间以及2 5 3 5 之间时，压力舒适感均在8 5 以上。当试样的拉 伸率为负值，即试样在试穿过程中有一定的宽松量( 我们将在第四章着重对宽松 量进行讨论) 时，试样的总体穿着压力舒适感也在8 5 以上。 2 ，从曲线图2 5 、2 6 、2 7 中可以看到：服装压感的大小与拉伸率的关系十分密切 服装压感随着拉伸率的增大而逐渐增强。当拉伸率在o 1 5 左右时，试穿者的 压力感开始缓慢增强，当拉伸率在2 0 左右时，服装压力感明显增大。随着拉 伸率的继续增大，服装的压力感继续增强，拉伸率在5 0 时，压力感觉量值为 7 5 左右。当拉仲率达到1 0 0 左右时，由于面料拉伸限度以及压力感的影响， 个别试穿者无法完成或感觉压力过大。在相同的拉伸率下，氨纶含量小( 0 ) 的试样c 的服装压感均较其它两种大。 3 、结合图2 2 2 7 ，可以看出：当拉仲率在1 0 2 0 时，穿着总体压力舒适感较 高，此时的压力感在1 4 之问，试穿人员对手不同氨纶含量试样所产生的压力 舒适感觉不同，例如在拉伸率为3 0 时，氨纶含量最高的试样a 的压力舒适感 最高为9 7 左右，所对应的压力感为5 6 左右。 ， 2 3 服装压力舒适性的灰色聚类分析弧州 客观世界是物质的世界，也是信息的世界。既有大量己知的信息，也有不少未 知的信息，非确知信息。未知的或非确知的信息，我们称为黑色的，已知信息称为 白色的。系统中既含有已知信息又含有未知的非确知的信息，称为灰色系统。 9 青岛大学硕十学位论文 灰色系统理论是上个世纪舳年代初期由邓聚龙教授创立的一门系统科学新学 科。与研究“随机不确定性”的概率统计和研究“认知不确定性”的模糊数学不同， 灰色系统理论的研究对象是“部分信息已知。部分信息未知”的“小样本”“贫 信息”不确定性系统。它通过对“部分”已知信息的生成、开发去了解、认识现实 世界，实现对系统运行行为和演化规律的正确把握和描述 从方法上讲，灰色聚类就是将聚类对象对于不f 可聚类指标所拥有的白化数，按 几个灰类进行归纳，以判断该聚类对象属于哪一类。服装压力舒适性是人们对服装 压力舒适效果的评价，这也属于一个不确知概念。由于人体的压力舒适感觉是主观 心理量，无法直接测量而简单的间接测量又难以准确等原因，穿着感觉的评价仍 不得不用定性的方法，因此评价结果随意性很大为更合理、客观地评价压力舒适 性，对分析问题的方法及数据处理提出了更高的要求，这里利用灰色聚类分析方法， 对前面人体实际穿着试验取得的主观感觉数据进行分析。把几种试样压力舒适等级 进行分类，从而区分出它们的压力舒适程度 2 3 1 灰色聚类的分析过程 2 3 1 1 给出聚类白化数 首先将n 种要综合评价的试样记为聚类对象，n l 项测试指标记为聚类指标，将n 种试样的1 1 1 项指标列出一个n x m 的矩阵d 。并将d ，中的数据按式2 一( 1 ) 进行均 值化无量纲处理。 “d i m 、 叫“l d hi d 。l j i = l ，2 ，n j = l 2 。，n l 2 ( 1 ) 如屯屯：如 缸劫缸 缸 却劫咖 如 ，。i = 略 垒酗 - 崎 第二章服装压力舒适性的主观评价 2 3 1 2 确定灰类白化权函数 只知道大体范围而不知道其确切的数，称为灰数。若灰数a 在a 区间内取值， 则a 区间内的任意数都是a 的一个可能的白化值在区间内灰数的取值机会不一定 均等，白化权函数表示这种机会的多少白化权函数根据具体问题而定，这是问题 的关键。 。 2 3 1 3 确定j 指标k 子类权系数 将n 个对象关于聚类指标j 的取值相应地分为s 个灰类( s _ k ”k ，k ，) ， 称为j 指标子类；根据灰类的定义，规定j 指标k 子类的白化权函数时( ) ，根据 白化权函数，定义x ，为j 指标k 子类边界值，并按式2 一( 2 ) 计算j 指标k 子类的 权系数i ij ； 小寺 批， 砖 “2 k = k l k 2 ，k ， 2 3 1 4 确定聚类权系数 对于白化数矩阵 x 。， 。，根据j 指标k 子类的白化权函数和权系数，按式2 - ( 3 ) 计算i 对象属于k 灰类的灰色聚类系数0 。 计艺芹m 呀； 2 - 3 2 3 1 5 构造聚类矩阵 根据计算出的灰色聚类系数oi k p 列出聚类系数矩阵( o 。k ) 2 3 1 6 进行聚类评价 根据聚类系数矩阵评价对象i 所属的灰类 2 3 2 灰色聚类计算过程 1 ) 将d 。，中的数据进行均值化处理； 2 ) 定义j 指标对s 个灰类( s = k 。，k 2 ，蛐的区间，定义方法如下： a 好的灰类区间为：q 一面+ 吾d ，m a x ( ) 1 ； b 中等的灰类区间为：q 乏一i 石一吾d ，i + 丢d ，】； 1 1 青岛大学硕士学位论文 c 差的灰类区间为：q 乏- 【m i n g ) ，i 一圭d ，) ； v 其中：j = l ，2 ，h i ； d j 为x ”的极差( i = 1 ，2 ，n ) ； m a x ( x 。j ) 为x i j 的最大值( i = l ，2 ，n ) ； m i n ( x 。j ) 为x i j 的最小值( i - - l ，2 ，n ) 3 ) 定义j 指标k 子类的白化权函数，具体定义如下： 分别取x j 、y j 、z ，为某种性能好、中、差的灰类区间的中点，有： 肌墅垫竺型 。 2 n ! 三：i ! ：三垫! 2 z ，-( m i n 瓴) + i 一：d ，) 定义白化权函数如下： - 0 z l x l y i 1 f 0 ， l 工一z j - 乏 l 再 0 p - 糟 0 2 j = x ，2 ，m j = l ，2 ，m 二( 4 ) 2 - ( 5 ) 4 ) 根据白化权函数，确定j 指标k 子类边界值( ，m x k ，并根据式2 - ( 2 ) 计算j 指标k 子类的权qj i ，t i 广为1 3 行m 列的矩阵。 5 ) 按式2 - ( 3 ) 计算聚类系数矩阵，计算结果如式2 一( 6 ) 所示 第二章服装压力舒适性的主观评价 o i x = o 弘l o ，x ： ： ： ： o x z 2 - ( 6 ) 6 ) 根据运算结果得出综合评价结论。 上式2 - ( 6 ) 中，每一横行的3 个数值对应着相应某种试样的综合评价属于好、中、 差3 个灰类的可能性大小，哪个数值最大，则这种试样即属于哪个灰类on x1 o n x 2on x 3 这3 个数值对应着第n 种试样的属于好、中、差3 个灰类的可能性大 小，如果口n x1 最大，则说明第n 种试样的被评价性能综合评价为好的一类；如果 on x 2 最大。则说明第n 种试样的被评价性能综合评价为中的一类；如果on x 3 最大，则说明第n 种试样的被评价性能综合评价为差的一类 2 3 3 服装压力舒适性聚类 2 3 3 1 白化数确定 对于上述3 种面料，分别从统计表格中选取拉伸率为 2 0 ，4 0 ，6 0 时的数 据，试样记为 a 。、a 2 、a - j b 、k 、b 3 c 。、c ：，c j 。考虑到聚类计算，所有数据均 须以正比关系计入，因此，压力感、刺痒感、重量感、束缚感分别以1 0 0 压力感、 l o o 刺痒感、1 0 0 重量感、l o o 束缚感作为参量计入如表2 3 ： 青岛大学硕士学位论文 表2 3 选取的估量值 指标 压力魑刺痒赌重量感摩擦束缚感柔软感蒲爽感 样本 a l1 32 4z 61 61 48 9 2 0 b l1 31 32 31 51 68 5 c ll ，5l5l21 22 38 9 a 24 65 93 93 6 6 47 4 嘛b 25 24 93 83 68 78 2 c 25 64 64 63 75 77 2 a 34 83 94 95 18 54 9 6 0 b 34 33 255 39 25 9 c 34 64 65 26 49 65 7 根据表可以得到聚类白化数值d u 为： 1 0 0 1 31 0 0 2 41 0 0 2 61 0 0 1 61 48 9 1 0 0 ，1 31 0 吖1 31 0 眈3l o 州1 51 68 , 5 1 0 0 ，1 51 0 0 ，1 j1 0 0 ，1 21 0 0 1 22 38 9 1 0 0 4 61 0 0 5 91 0 91 伽临66 47 o 1 0 0 1 5 21 0 0 4 91 0 0 3 81 0 68 78 2 1 0 0 5 61 0 0 4 61 0 0 4 6 1 0 0 3 7 5 7 7 - 2 1 0 0 4 8 1 0 0 3 91 0 0 胆91 0 0 巧18 j 4 9 1 0 0 1 4 31 0 0 3 21 0 0 巧l o o 5 39 25 9 1 0 0 4 61 0 0 4 61 0 0 5 21 0 0 ，6 49 65 7 2 3 3 2 灰色聚类的m a t l a b 7 0 程序嘲 由于聚类计算过程比较复杂，因此这里采用m a t l a b 7 0 对上述计算过程进行编程 求解，其程序为： f o r i _ 1 ：6 x ( ：，i ) = x ( ：，i ) s l i m ( x ( ：，i ) ) ； e n d x - - x 9 1 4 第二二章服装压力舒适性的主观评价 d = - m a x ( x ) - m i n ( x ) ； e v e = s u m ( x ) 9 ： a l = e v e + d 6 ；a 2 = m a x ( x ) ；, 。 b l = e v e - d 6 ；b 2 = a l ； c l = m i n ( x ) ；c 2 = b l ； x = ( a l + a 2 ) 2 = ( b l + b 2 ) 2 ；z = ( c l + c 2 ) 2 ； x = f x ；x ；x ；x ；x ) ( ；x ；) ( 1 ； y = i y y y y y y i y y 】； z = 【z ；z ；z ；z ；z ；z ；z ；z ；z 1 ； f l = z e r o s ( 9 ，6 ) ；f 2 - f 1 ；f 3 = f 1 ；f 1 1 = f 1 ； f 1 ( x y ) = 0 ； f i ( ( y ：x ) & ( x = 均= 1 ； f i = f 1 f 1 1 * f i + f l l f 2 l = f 2 ；f l l = f 2 ；f 2 ( z ：x x = 砷= 1 ； f 2 1 ( z = x x = y ) = 1 ；f 2 1 = f 2 1 。( x z ) ( y - 刁； f l l ( y x x = 趵= 1 ；f l l = f 1 1 * ( x - x ) ( x - o ； f 2 = f 2 + f 2 l + f 2 f l l f 2 1 = f 3 ；f i i = f 3 ； f 2 i ( z = x & x = y ) = i ；f 3 = f 2 1 ( k x ) ( v z ) ； f l l ( x 灵敏度高 第三章服装压力测试装置的研制 导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，其电阻值亦将发生变化根 据这种效应可将应交片粘贴于材料上，这样被测材料受到外力作用产生的应变就会 “传到应变片上，使应变片的电阻发生变化，通过测量应交片电阻值的变化就可得知 被测量的大小电阻值的计算公式为： r = p l s 3 ( 2 ) 对3 - ( 2 ) 式求微分可得： d r r = d p p + d l l d s s 3 ( 3 ) 引入压阻系数的概念和横向变形与纵向变形的关系，3 - ( 3 ) 式可改写为： d r r = h o + d l ，l + 2 h d l l = h ec + 4 - 2 pc = ( h e + 1 + 2 i t ) = k 3 ( 4 ) 其中k = h e + 14 - 2 i i k 称为灵敏度系数，h 为压力，n ：e 为电场强度，u m ；e 为应变( 电介质产生变形) ， m ；p 为压电常数，等于2 3 1 x 1 0 0 2 c n c 为电荷) 对由金属做成的应变式传感 器来讲，电阻率变化dp p 很小，因而h e 一般忽略。金属应变式传感器的灵敏系数 用k i n 表示。表达式为： k i n = h e + 1 + 2 i l 1 + 2 p = 1 23 ( 5 ) 而对由半导体做成的压阻式传感器来讲，d p p 变化很大，d l l 和ds s 变 化很小，因此( 1 + 2p ) 一般忽略。故：半导体压阻式传感器的灵敏系数用硌表示。 表达式为： k s = h e + 1 + 2 i i “- - h e = 5 0 1 0 03 一( 6 ) 由以上数量比较可以看出，半导体压阻式传感器的灵敏度比金属应变式传感器 灵敏度高5 0 1 0 0 倍，事实也证实了这一点一般半导体压阻式传感器满量程输出 为1 0 0 m v 左右，而金属应变片传感器的满量程输出最多在1 5 m v 左右。 ( 2 ) 精度高 由于硅单晶具有良好的线性压阻系数，而且这种传感器实现了弹性元件与应变 元件的一体化，不存在由于机械上的缺陷和应变粘贴时造成的迟滞和重复性误差， 因此这种传感器容易做到很高的精度 ( 3 ) 稳定性好 我们都知道，半导体的电阻受温度的影响比较大。但由于半导体压阻式传感器 在芯片上采用了惠斯顿电桥，从工艺和外电路上对温度漂移进行了多种方法的补偿， 有效地抑制了电阻的温度系数，使半导体压阻传感器的稳定性完全不亚于其它传感 器。目前半导体压阻式传感器的使用温区可达- 4 0 + 8 0 c ( 4 ) 体积小 青岛大学硕士学位论文 由于半导体压阻式传感器采用集成电路工艺，把应变电阻桥集成在一个很小的 硅片上，而且在不断地完善外壳封装技术，因此，这种传感器的体积可以做得很小 而这是其他传感器很难做到的 ( 5 ) 分辨率高，频响高，动态响应好 从理论上讲，半导体压阻式传感器的分辨率是无限的，但限于二次仪表的分辨 能力，目前还无法做到。在实际中，半导体压阻式传感器的分辨率是相当高的由 于硅材料具有很高的刚性系数，且芯片的直径很小，半导体压阻式传感器敏感膜片 的固有频率很高同时半导体压阻式传感器的压力腔可长可短，因此它的动态响应 非常好。 由于服装压力的范围一般为枷g f 以下，而且由于在测试过程中，要求传感器的 灵敏度、动态性能要好；压阻传感器需要嵌入人体与服装之间。因此要求传感器的 体积应尽量的小。本装置选用荚 h o n e ) w e u 公司生产的f s l 0 5 n 2 c 型压阻式传感器。 3 3 2f s l 0 5 n 2 c 型压阻式传感器工作原理嗍 3 3 2 1f s l 0 5 n 2 c 压阻传感器的性能指标 f s l 0 5 n 2 c 压阻传感器的性能指标如表3 1 所示： 表3 1f s l 0 5 h 2 c 压阻传感器的性能指标 3 3 2 2 惠斯顿电桥胁“1 离子注入的压敏电阻在f s l 0 5 n 2 c 压阻传感 器内部组成惠斯顿电桥，当不受外力作用时，电 桥处于平衡状态，无电压输出；当受到压力对， 压敏电路受压弯曲，膜片受力产生变形，电桥中 两个桥臂电阻的阻值增大，另两个桥臂电阻的阻 值减小，电桥失去平衡，输出