（纺织工程专业论文）基于正常步态的裤装耗能性能研究.pdf

i i l i j ir 111 1 1 i r l f i j l l f i f l llfrflrfli y 17 7 3 0 3 5 i n v e s t i g a t i o no f t h en o r m a lw a l ks t a t eb a s e d c o n s u m p t i o n f o rs h o r t s ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt oa c a d e m i cc o m m i t t e eo f t i a n j i np o l y t e c h n i cu n i v e r s i t y i nc a n d i d a c yf o rm a s t e r sd e g r e e i nt e x t i l ee n g i n e e r i n g b yh u a n g l i u n d e rt h es u p e r v i s i o no fp r o f e s s o rj i a n gy a m i n g s c h o o lo ft e x t i l e t i a n j i np o l y t e c h n i cu n i v e r s i t y , t i a n j i n ，p r c h i n a j a n u a r y , 2 0 1 0 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼王些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期跏7 0 年月胡 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：夕争砀导师签名 签字日期：亩口年月巧日签字日期：2 口舟f 月z 拍 学位论文创新 一、首次研nt 基于正常步态的裤装耗能测试系统，该测试系统能模拟人体 正常步行，采用裤装穿着前后电流做功的差值表征裤装耗能大小。通过实际应用 表明该测试系统能有效测试裤装耗能。 二、首次研究了针织裤装的耗能影响因素，结果表明裤装面料、裤装松量和 缝迹对裤装耗能有不同程度的影响。 摘要 人体与服装的关系较复杂和模糊，因此以往研究人员主要从人体的生 理和心理变化出发，研究了服装的合体性、热湿舒适性和对人体运动的辅 助作用等。在人体正常步态的基础上，本文整体评价了模拟人体在行走时， 服装由于各种变形消耗的能量，并分析了影响服装耗能的主要因素。主要 工作可以分为三个方面： 一基于正常步态裤装耗能测试系统的研制。该测试系统由运动部分、 控制部分和数据采集三个部分组成。运动部分采用直流电机驱动，偏心轮 摆杆机构带动假人做前后交替的步行运动，其运动范围为3 4 8 。；控制 部分由开关电源、变压器和调速装置组成；采用p c i 2 3 0 0 数据采集卡采集 数据，v b 程序控制数据的采集，用裤装穿着前后仪器电流累计功的差值 表征裤装的耗能大小。 二针织面料测试和中裤的制作。选择7 种基本的纬编针织物和5 种 基本经编针织物，测试了定伸长拉伸弹性性能、弯曲性能；制作了平缝、 锁缝、包缝三种线迹形式的缝迹试样，棉线、低弹纱、高弹纱三种缝线缝 迹试样，并测试了缝迹试样的定伸长拉伸弹性性能。此外，制作了松量不 同、线迹形式不同、缝线不同和面料不同的裤装共2 1 条。 三裤装耗能的影响因素分析。使用研制的裤装耗能测试仪测试制作 的中裤耗能性能，用s p s s 软件分析各因素和裤装耗能性能的相关性和回 归情况。分析结果表明：织物的拉伸弹性、中裤的重量、缝线、缝迹和裤 装松量对裤装耗能影响较大，裤装耗能与织物的拉伸弹性呈线性关系，与 其他几个因素呈二次曲线关系。 本论文首次以评价服装耗能性能为目标，研制了评价裤装耗能性能的 测试仪器，分析了针织类裤装耗能性能的影响因素，并进行了回归分析， 为裤装耗能值的测量提供了方法和量化指标，对特定裤装的制作具有一定 的理论指导意义。本论文的研究结果对服装耗能性能的后续研究和特种服 装的研发具有重要意义。 关键字：裤装耗能，正常步态，测试系统，针织物，中裤，服装松量，缝 迹，影响因素 a b s t r a c t d u et ot h ec o m p l e x i t ya n dv a g u e n e s so ft h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nh u m a n b o d ya n dt h e w o r ng a r m e n t m o s tr e s e a r c h e ss t u d i e dt h eg a r m e n tf i t t i n g ， t h e r m a la n dm o i s tc o m f o r ta b i l i t y , i n f l u e n c e so ft h eg a r m e n to nh u m a n p e r f o r m a n c ea c c o r d i n gt o t h ec h a n g eo fh u m a np h y s i c a lm o v e m e n t sa n d p h y s i o l o g yw h e nw e a r i n gc l o t h e s t h i sp a p e rg e n e r a l l y f o r t h ef i r s tt i m e i n v e s t i g a t e dt h ee n e r g yc o n s u m p t i o nb ys h o r t su n d e rt h ec o n d i t i o no fn o r m a l w a l k i n gs t a t e ，a n da n a l y z e dt h em a j o ri n f l u e n c i n gf a c t o r s t h em a i nw o r k sa n d a p p r o a c h e si nt h i ss t u d yi n c l u d e ： 1 i n v e s t i g a t i o no f t h en o r m a lw a l ks t a t eb a s e de n e r g yc o n s u m p t i o nt e s t i n g s y s t e mf o rs h o r t s t h es y s t e mc o m p o s e do f t h r e ep a r t si n c l u d i n gw a l k i n gu n i t ， c o n t r o lu n i ta n dd a t ea c q u i r e du n i t t h ed cm o t o rw a ss e l e c t e da sp o w e ri n w a l k i n gu n i t ，e c c e n t r i cw h e e ls w i n g b a rd r i v e nt h em a n i k i nf o rw a l k i n gw h i c h r a n g ei s + 3 4 8 0 ；a n dt h ec o n t r o lu n i tc o n s i s t e do f s w i t c hp o w e r , t r a n s f o r m e ra n d s p e e d e r ；a n dd a t ea c q u i s i t i o nc a r dp c i 2 3 0 0w a su s e dt oc o l l e c td a t a ，a n dt h e c o l l e c t e dd a t aw a st r e a t e db yu s i n gt h ev bp r o g r a m i nt h i sw a y , t h ee n e r g y c o n s u m e db ys h o r t sc a nb eo b t a i n e da c c o r d i n gt ot h ec o n s u m e de l e c t r i cp o w e r d i f f e r e n c eb e t w e e nl o a d i n gs t a t ea n du n l o a d i n gs t a t e 2 s a m p l es h o r t sp r e p a r a t i o n ，r e l a t e de l a s t i cp r o p e r t i e st e s t i n ga n dt h e e n e r g yc o n s u m p t i o nm e a s u r e m e n t s e v e nw e f tk n i t t e df a b r i c sa n df i v ew a r p k n i t t e df a b r i c sw e r es e l e c t e da ss a m p l e s ，a n dt h et e n s i l e ( s p e c i f i e de l o n g a t i o n ) a n db e n d i n gp r o p e r t i e sw e r et e s t e d t h r e ek i n d so fs e w i n gp a t t e r n si n c l u d i n g p l a i ns t i t c h ，l o c k s t i t c ha n do v e rl o c ks t i t c hw e r em a d e ，d i f f e r e n ts e a m ss e w nb y u s i n gp u r ec o t t o ny a r n ，l o w e l a s t i ct h r e a da n dh i g h - e l a s t i ct h r e a dw e r ep r e p a r e d a n dt h et e n s i l ee l a s t i cp r o p e r t i e su n d e rs p e c i f i e de l o n g a t i o no fa l ls e a m sw e r e t e s t e d f u r t h e r m o r e ，t w e n t y - o n es h o r t sw e r em a d ei nt e r m so fd i f f e r e n tp a t t e r n s ， d i f f e r e n ts e a m s ，d i f f e r e n tg a r m e n te a s e sa n dd i f f e r e n tf a b r i cm a t e r i a l s 3 a n a l y s i so ff a c t o r si n f l u e n c i n g s h o r t se n e r g yc o n s u m p t i o n e n e r g y c o n s u m p t i o no fs a m p l es h o r t sw a st e s t e db yu s i n gt h es e l f - d e v e l o p e dt e s t i n g s y s t e ma n dt h es p s st o o lw a ss e l e c t e dt oa n a l y z et h ec o r r e l a t i o nr e l a t i o na n d r e g r e s s i o ne q u a t i o na b o u tt h ee n e r g yc o n s u m p t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e e l a s t i c i t yo ff a b r i c ，w e i g h to ft h es h o r t ，s e w i n gt h r e a d t y p e s ，s e w i n gs t i t c h p a t t e r n sa n dg a r m e n te a s ea r et h e m a j o rf a c t o r s m e a n w h i l e , m er d a t i o n b 咖e e l lt h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n df a b r i c e l a s t i c i t yi sl i n e a r , a n df o ro t h e r s f a c t o r , t h er e l a t i o nt e n d st ob eq u a d r a t i c n 1c o n c l u s i o n ，t h i sp a p e rs e l f - d e v e l o p e dt h ee n e r g yc o n s u m p t i o n t e s t i n g s y s t e r nf o rs h o r t su n d e rt h ec o n d i t i o no fn o r m a lw a l k i n gs t a t e ，a l l ds t u d i e dt h e e 1 1 哪c o n s u m i n gp r o p e r t yo fg a r m e n t sf o rt h ef i r s tt i m e t h er e s e a r c h a p p r o a c h e sa n dr e s u l t sa r eo fg r e a ts i g n i f i c a n c ef o rb o t hi n t h e o r ya 1 1 di 1 1 a p p l i c a t i o n ，w h i c hw i l lb ea ni m p o r t a n tg u i d a n c ef o rt h es u b s e q u e l l ts 叫ya j l d f o rt h ed e v e l o p m e n to f s p e c i a l l yu s e dg a r m e n t s k e y w o r d s e n e r g yc o n s u m p t i o n , n o r m a lw a l ks t a t e ，t e s t i n gs y s t 锄，l ( i l i t t e d f a b r i c ，s h o r t s ，g a r m e n te a s e ，s e a m ，i n f l u e n c i n gf a c t o l 目录 第一章绪论1 1 1 论文的研究背景1 1 2 论文的研究现状1 1 3 本领域研究存在的问题5 1 4 论文研究的目的和意义5 1 5 论文研究的内容和方法6 第二章基与正常步态的裤装耗能测试系统的研制9 2 1 假人在纺织领域的应用9 2 2 仪器的研制1 l 2 2 1 仪器的整体构建1 1 2 2 2 仪器工作原理1 1 2 2 3 仪器各部位工作原理1 2 2 2 3 1 运动部分1 2 2 2 3 2 控制和数据采集部分1 5 2 3 人体运动时裤装瞬时耗能分析15 2 4 仪器操作及数据采集17 2 5 小结1 9 第三章实验用裤装面料测试2 l 3 1 实验用裤装面料的选择2 l 3 2 裤装面料的弹性测试2 2 3 2 1 针织物弹性测试方法2 2 3 2 2 裤装面料的弹性测试结果2 4 3 3 裤装面料的弯曲测试。2 6 3 3 1k e s f b 2 弯曲测试原理和弯曲做功计算2 6 3 3 2 裤装面料的弯曲测试结果2 8 3 4 ，j 、结2 9 第四章裤装样品制作3 1 4 1 缝迹的确定3 1 4 1 1 缝迹质量的影响因素3 l 4 1 2 缝迹弹性测试3 3 4 2 裤装制作3 5 4 2 1 人体下肢运动特点3 5 4 2 2 裤装结构与人体构造的关系3 6 4 2 3 试验设计及裤装制作3 7 4 2 4 裤装松量计算4 0 4 3 ，j 、结。4 4 第五章裤装耗能的测试和影响因素分析。4 7 5 1 裤装耗能测试4 7 5 2 裤装耗能的影响因素分析4 7 5 2 1 相关分析原理4 7 5 2 2 回归分析原理4 9 5 2 2 1 逐步回归分析原理4 9 5 2 2 2 曲线回归分析原理。5 0 5 2 2 3 回归检验5 l 5 2 3 不同面料对裤装耗能影响分析5 2 5 2 4 缝迹对裤装耗能影响分析5 4 5 2 5 服装松量对裤装耗能影响分析5 6 5 3 小结。5 7 第六章结论与展望5 9 6 1 总结5 9 6 2 不足与展望6 l 参考文献6 3 攻读硕士学位期间公开发表的论文6 7 附录一数据采集主程序部分源代码6 9 附录二面料定伸长负荷测试和相关数据7 1 附录三裤装影响因素相关分析和回归分析结果7 2 致谢8 1 第一章绪论 1 1 论文的研究背景 第一章绪论 服装的耗能是指消耗于人体和服装之间的功，通常人们认为这部分作用的功 是没有任何作用的功，因此也被称为“无效功”。这种无效功的值越大，服装对 人体的负荷越大，无效功的值是服装紧束性的一种表征【l j 。一般认为，由服装产 生的无效功是服装伸长时的伸长做功、服装与皮肤滑移时的摩擦做功之和。对于 针织物服装，服装变形包括了针织物面料中线圈的转移和面料的伸长，其中面料 的变形受纤维和纱线的参数影响，包括纱线的复合刚度、纱线的自由状态和复杂 的摩擦系数。 服装的压力、热湿舒适性等一直是研究人员们关注的重点，而对服装耗能的 相关研究还很少。国外的一些竞技类服装的研究人员研究了运动服装对运动员表 现的影响，但是他们的研究方法主要是靠测试人体的生理指标来反映服装对人体 影响情况，这种方法的主观性较强、耗时大、重复性较弱。另外，国内外对纱线 及服装摩擦、缝迹缝线对织物机械性能影响、服装的款式对运动效率影响等都做 了比较多的研究，但对于将这些因素结合起来，客观的评价一件服装的耗能还没 有。人体运动时，消耗与人体和服装之间的能量如何测试、怎样评价其值的大小， 影响其大小的主要因素有哪些等都没有相关的研究。 1 2 论文的研究现状 到目前为止，并没有研究人员直接提出服装耗能概念，也没有对影响服装耗 能的因素做出系统分析。但是，人们对于服装和人体的关系，以及服装二维的力 学性能等做了大量的研究。 人体皮肤的机械运动机能，主要以沟( 臀沟、臀裂、腹股沟) 和关节处的皱 折作为皮肤伸展时的余量。另外，皮肤本身富有的伸缩性和沟、皱以及内层肌的 偏位等机能互相结合在一起，几种功能的运动特性的叠加作用使身体在适当范围 内怎样动作也不会抽筋和松弛【2 1 。l b r a h i m s m 【3 】较早的研究了人体在活动时的 变形情况，得出皮肤的应变和服装的松紧度、服装的滑移以及织物的伸长有关系。 从人体活动时身体的变化出发，姜怀【2 】研究了三种方法测量人体运动的变形情 况：求面积变形、长度变形和人体因外压而产生的应变；王戎戎【4 j 改进了传统的 天津工业人学硕士学位论文 人体运动时皮肤伸长的测量方法，并测试了在特定的运动姿势情况下人体膝部皮 肤伸长和织物伸长的关系。 为了使服装具有最佳的舒适性，使运动员的运动能力表现最佳( 主要考虑运 动员运动时的需要) 织物除了具有优良的弹性、对温湿度进行很好的控制、防水 透湿、还要轻质。轻质的运动服装能够提高运动员的表现和保持体能，透气性好 的运动服装可以降低身体冷却时所消耗的能量，并使心跳速率较低，这就使身体 保持更多的能量用于体育表现，并提高运动员的耐力【5 】。周立亚【6 】研究了针织物 热湿传递对运动中人体生理健康的影响，得出结论：在运动时，服装的热湿传递 的好坏可以影响运动员生理情况，并影响运动员的体能消耗和运动员的表现。 织物通过对皮肤、肌肉及连接点中的神经接受器施加细微的压力而达到人体 本体感受( 本体的感受能力是一种位置感的变化能力和肌肉张力的能力) 的知觉。 通过提高本体的感受和知觉，可以增强运动员的表现，这点在运动员疲劳的时候 尤其重要，因为随着本体感受的知觉提高，运动员可以保持恰当的形态和技术， 因此身体的运动会更加有效【5 。7 】。莱卡运动服装可以极大地提高运动能力( 高达 3 0 ) 、缓解肌肉的疲劳、增强运动员的表现，通过加强本体的感受能力来维持 肌肉的活动，并能降低肌肉的振动【8 】。k r a e m e r ，w j 9 - 1 0 】研究表明：紧身短裤可 以降低肌肉的振动( 摇摆或不希望的运动) ，通过加强大腿肌肉的力量，降低对 跑、跳的冲击以及防止落地时振动导致的肌肉伤害；紧身短裤可以使7 0 的测试 对象在运动准确性及位置准确性方面有所提高；紧身短裤有助于加强肌肉运动的 知觉，这是一种让你知道身在何处和所在空间位置的感觉。b r a n d o nk d o a n l 1 l 】 等研究了表明：紧身短裤能改善运动员的皮肤温度，提高跳高的高度，减少肌肉 的振动，同时还可以减少重复运动中的组织损害和加强运动员的表现。r o b d u f f i e l d 【l2 】通过研究了三类全身紧身服装对板球运动员的影响，得出结论：紧身 服装可以很好的帮助运动员在训练后的体能恢复。 w a c o a ls p o r t ss c i e n c e1 5 - 7 j 公司利用人体解剖学原理，对服装进行功能调节， 研究开发了一系列能够支撑肌肉运动的c w x 服装，此服装能够提高肌肉的活动 能力，减少疲劳。c a i n e 等【l 1 4 j 研究结果表明：健康人运动时，小腿穿上低渐进 压力的长筒袜对小腿具有很大的能量激发作用，它们可以有效地降低疲劳症状， 同时小腿的肿胀程度也降低了3 7 。阿迪达斯生产的超能袜子( p o w e rs o c k ) 能 够循序渐进地对肌肉施加压力，在脚踝处受力最大，沿着小腿往上逐渐降低。这 种渐进式的加压方式可以加快血液循环，降低肌肉的振动，而且能加强本体感受， 并降低肌肉的疲劳程度，提高氧气利用率，缩短恢复时间。在美国宾夕法尼亚州 州立大学的研究基础上，澳大利亚的运动医学家开发了“s k i n su 1 t i m a t eb o d y ” 服装技术，专门用于帮助运动员剧烈运动后尽快恢复【5 1 。 第一章绪论 服装的款式、剪裁方式等也可能对人体的运动有一定影响。研究人员从不同 的侧重点研究了服装原型纸样的设计【1 9 乏2 1 。刘冬云【2 1 1 在分析人体上肢、下肢及躯 干上的运动特点基础上，对运动性针织服装的上衣、裤子的样板进行了设计，增 强裤子的运动功能。中泽愈【l8 】通过研究人体活动时关节、肌肉和运动变化的方 向，并在此基础上研究了服装各个部位的纸样设计。 一些研究人员从服装的缝制出发研究了缝口对服装性能的影响。缝口在服装 中受力主要源于3 个方面。一、当人体围度增大时由身体产生的压力所转化的分 力作用于缝口；二、人体表度伸长，皮肤和面料或内衣与面料产生的摩擦力作用 于缝口或传导至缝口。三、使用某一部分缝口的功能如掏口袋、拉拉链时产生的 作用力作用于缝口【2 3 1 。方丽英、袁观洛【2 4 】提出了降低压脚压力，能有效改善氨 纶弹力机织物缝纫的外观质量，由于线迹延伸度随着缝线张力和缝纫速度的减小 而明显增大，因此降低缝线张力和缝纫速度，提高线迹密度，有助于提高氨纶弹 力机织物缝纫的内在质量。m e i y il e u n g 2 5 】研究了缝e l 的起皱对服装外在质量的 影响。缝纫线的粗细、光滑度、刚硬度会影响缝制中产生的皱缩，缝纫线的钩接 强力、断裂强力与断裂强度的大小直接决定着缝迹强度的大小，断裂功、断裂伸 长率、弹性伸长率影响着线迹的变形能力，从而影响缝迹延伸度的大小，缝迹强 度增大，缝迹延伸度也会随之增大。王利君，袁观洛口6 j 对缝纫线进行聚类分析， 建立了线迹质量的评价指标即缝缩率、缝迹强度、缝迹延伸度3 个因子之间的回 归数学模型，可用于预测缝纫线的线迹质量。 针对缝合技术给服装带来的弊端，2 0 世纪8 0 年代出现的无缝技术改善了缝合 对织物造成的不利情况。经过了近几十年的发展以及人们对服装功能性和舒适性 的要求，无缝服装以其优良的弹性和节约生产成本等优点广泛的应用于内衣、运 动衣等。朱华【2 7 1 等研究了无缝内衣的结构以及影响其吸湿排汗的因素。陈林云【2 8 】 将传统纤维和新型技术相结合，开发了柞蚕丝无缝内衣。吴惠廿【列j 开发 p t t 纤 维无缝内衣，这种将新型弹性纤维和新技术相结合的方法，一些研究人员p 啦叫j 和企业都做了相关的研究。 从世界纺织用纤维发展趋势来看，纤维正在突破传统，向功能化和高性能化 的方向发展。相继出现的各种弹性纤维为生产出更加舒适的服装提供了基础，如 双组分p t t 纤维、t 4 0 0 纤维及d o w 公司的x l a 纤维等【3 2 。3 3 1 。其中x l a 纤维具有 柔和的伸缩性能和良好的抗热抗化学性能。x l a 纤维拉伸时，达到同样长度所需 的力比氨纶纤维小且恢复时较为自然。氨纶和x l a 纤维的拉伸曲线如图1 1 所示： 天津：l = 业大学硕士学位论文 x n ! 哮麴线 、 t 趔瑟锡缝 氧纶锄；g j 绩 镊纥嬲躺线 0粥l 】鞠泌j2 鳓瑚3 船 搏妊譬，嚆 图1 14 4 t e x 的x l a 和4 4 t e x 的氨纶的拉伸同复曲线【3 4 】 如图1 1 所示，x l a 纤维与氨纶比较，达到同样的伸长，x l a 纤维所需的负 荷小于氨纶，因此x l a 纤维具有更柔软更舒适的性能。面料加入x l a 纤维，可 使衣物具有舒适得弹性、易护理性与保形性。目前已使用x l a 弹性纤维的著名 品牌有：m a r k s & s p e n c e r ，n e x t ，k o o k a i ，p e r r ye l l i s ，t o m m y h i f i g e r ， c a l v i n k l e i n ( p h i l i p s v a nh e u s e n ) 。 目前，分析服装对人体运动强度影响的测试方法主要是使用真人测试。张文 斌 3 5 - 3 7 等在19 9 3 年研究裤装的拘束感和男子运动下装着衣状态下的运动强度分 析时，使用了日本女子大学的人间环境制御室( 人工气候室) 。其采用的方法是从 环境人体工学角度出发，采用能量代谢率间接测量法，通过对不同服装材料、宽 松量及干湿程度的裤装的着衣状态进行运动强度对比实验，分析具有不同物理特 性的裤装在穿着状态时对人体吸氧量、脉拍、皮肤温等生理指标的影响，研究其 变化规律和相互关系。实验的实景图如图1 - 2 ，实验表明：决定人体穿着裤装进 行脚踏行走运动的运动强度的因素主要有服装质量和服装宽松量，而服装的质量 的影响强度又较服装宽松量大。 桫4 编； 图1 - 2 实验实景图【3 5 - 3 6 】 另外，在体育方面，研究员多采用测量人体的生理变化来表现服装对运动员 的运动表现的影响，例如w i l l i a m j k r a e m e r t 9 1 0 1 等在研究紧身短裤对排球运动员 第一章绪论 跳跃运动表现时，采用应变片测试人体前面和侧面的压力，应变片与计算机连接， 使用软件处理可以直接得到每次跳跃的力量和能量。r o b d u f f i e l d 1 2 等研究了压 力袜对运动员的表现的影响采用方法为：测试运动员在穿着不同的实验服装在运 动前后心跳速度、皮肤温度的变化，并利用这些数据来分析服装对人体的影响。 j a e k u ns h i m 1 6 】等研究紧身服装对田径运动员的影响时，测试了皮肤温度，肌肉 振动和跳高的高度等来反映其影响的大小。 1 3 本领域研究存在的问题 国内外对服装耗能性能研究还很少，相关的研究主要是集中在服装的舒适性 能研究；另外，对服装剪裁、款式、各种新的面料的研究很多，但相关的研究都 没有从服装耗能出发，如服装的剪裁是为了体现衣服的风格和以及节约面料和服 装的合身性以及人在运动时的活动舒适性；对服装影响较大的缝口问题研究主要 集中在于各种缝合线对缝口质量的影响、以及各缝纫参数对缝口物理机械性能和 缝口外观质量的影响，而整体研究剪裁、款式、面料对服装影响的先例还没有。 国外的一些研究人员对不同服装对人体做特定运动时，对身体的影响做了较多的 研究，而研究的侧重点主要是穿着一些功能性服装对运动表现的影响，研究的对 象为人，利用人的生理和心理反应来间接表征服装的舒适和运动辅助性能，这些 方法虽能反应服装的性能，但测试受人的身体条件的限制，影响因素较多，且实 验的重现性也较弱，耗时久。 一些研究人员提出了作用于服装与人体之间的无效功，并且还给出了相关的 测量公式，但公式是否能够评价服装实际所做的无效功没有得到有效的验证。服 装耗能如何测量，如何表征，影响因素为何等问题都有待解决。 1 4 论文研究的目的和意义 人在一天的生活中，无时无刻不在消耗着自身的能量，这些能量一部分是供 人体生理所必须的代谢消耗。另外，能量也是人体在工作、生活、学习所做的机 械功的来源。在人活动的时候还得消耗掉一部分额外的功，这种消耗于服装与人 体之间的功没有任何作用，基本上可以认为是无效功。服装与人体之间的这种无 效功存在人体活动的每一时刻，主要体现在摆臂是对腋下部位织物的拉伸、身体 各部位弯曲对织物的拉伸、人体腿部运动是来回运动对织物的拉伸、深呼吸对织 物的拉伸等。虽然一次对织物的这种拉伸所做的功相对很小，而多次拉伸做功则 可能消耗很多的能量。 天津i ：业大学硕十学位论文 服装的面料、剪裁、款式、缝纫都可能会影响服装于人体之间的无效功。 研究服装运动的耗能性能对采用合理的剪裁、选择最佳的款式以及相匹配的缝纫 方法、根据服装的应用要求选择不同的面料都有着指导作用。同时，根据耗能大 小的需要还可以指导研究人员开发相对应的大小耗能的新面料、新纤维。 服装的运动耗能性能研究的指导性还体现在开发服装耗能大和服装耗能小 两大类的服装。例如，将耗能大的服装应用于减肥瘦身服装，人穿着减肥瘦身服 装运动4 0 分钟就能消耗穿着平常服装运动1 个小时所消耗的能量，这样就可以很 大程度的节约锻炼的时间，同时又不减少能量的消耗。相反，将耗能小的服装应 用的范围就更加的广泛，如可以用于能量消耗尽量减少的竞技类运动服装、军用 服装、航空航天服以及医疗护理类服装。 通过研究服装面料、款式、缝纫等几个影响服装耗能的方面，并最后在自制 的测试系统中探索这几个因素与服装耗能的关系，提出客观分析服装耗能多少的 评价方法。根据研究结果，指导人们根据特定的情况、体型选择耗能多、少的服 装，同时进一步可以促进新型的面料、以及纤维的研究和开发。 1 5 论文研究的内容和方法 1 自行设计一个裤装耗能测试装置。采用从腹部到膝盖部分的服装展示假 人模特模拟人体双腿，将模特两腿分解成可以活动的两部分，利用直流电动机带 动此模拟装置做重复的两腿交替运动，从而模拟人体走路时两条大腿交替的运 动，模拟行走情况如图1 1 所示。数据采集装置采集瞬时电流、电压的变化，并 根据电流、电压做功计算其瞬时功率和累计做功。由于直流电动机的转化效率很 高，电机输出的机械能可以全部消耗在传动机构和模特机器人双腿的运动上。在 实验时保证其它实验条件不变的情况下，由于负载变化范围很小，齿轮传动系统 耗能基本保持不变，电机自身的能量损耗也不变。改变模特机器人的服装，也就 相当于在小范围内改变电机负载，因此，只要测量出电源输送给电机的总输入功 率的变化，即可通过适当运算，得到由服装更换而引起的耗能变化。 氓凤q 凤 图1 1 模拟人体走路循环运动图 2 面料选择：a 纬平纹、罗纹、棉毛组织、以及氨纶拉架平纹、罗纹织物 等共7 种；b 经平、经绒、功能运动经编针织物、氨纶拉架经编共5 种。 第一章绪论 3 对选定的面料进行物理性能测试：克重、经纬密度；机械物理性能：经 纬、4 5 。斜向方向一次定伸长拉伸回复、弯曲性能。选定一种面料分别制备包缝、 平缝、锁缝线迹的缝迹，以及选用棉线、低弹线、高弹线三种不同纱线制成的包 缝线迹，并对制成的线迹测试经纬向的一次定伸长拉伸回复。 4 将选择的面料，依据模拟装置的尺寸裁剪成三种形式：a 余量 0 ；b 余 量= o ；c 余量 合体 宽松。在假人腿 部运动的过程中，裤装随着腿部的运动产生以拉伸为主的力学变化，紧身 的裤装的这种变化贯穿了步行循环的整个过程，宽松的裤装由于裤装与人 体之间有一定的松量，因此只有当腿部运动到一定的空间位置时，裤装才 由于受到拉伸开始做功。由此可见，该仪器测试的数据值较符合裤装耗能 变化的实际情况，能够有效反应裤装耗能的大小。 2 5 小结 文章对假人技术在纺织行业的发展和应用做了总结，根据人体行走特 点研发了基于正常步态裤装测试系统，该系统特点为： 使用直流电动机驱动运动部分的摆杆，摆杆带动拟人腿部做前后交 替运动； 使用p c i 2 3 0 0 进行数据采集，v b 程序控制，界面简单，操作方面； 列举了该测试仪器的操作步骤，并测试了服装松量为宽松、合体和 紧身的裤装的耗能值，通过分析数据得出该仪器能有效测试裤装的耗能值。 天津工业大学硕十学位论文 第三章实验用裤装面料测试 第三章实验用裤装面料测试 本章介绍了针织面料的定伸长负荷弹性测试方法，以及测试后的各数 据指标的意义，并使用岛津a g s _ j 测试仪测试1 2 种试验用针织面料的一 次定神长拉伸负荷性能，计算各面料的拉伸净耗功和拉伸功回复率。另外， 还说明了k e s 织物风格仪f b 2 弯曲测试仪的测试原理，弯曲功的计算方 法，同时测试试验用1 2 种针织面料的弯曲性能，计算了各面料的弯曲功。 3 1 实验用裤装面料的选择 针织面料以其优良性能而广泛用于各类服装中，和机织物相比较，针 织物具有以下优点： 1 】优良的伸缩性。由于针织物本身是由相互穿套的线圈组成，在受 到外力时，线圈之间能够相互转移。针织物的伸长与针织物的线圈形状、 纱的细度和纱本身的伸长率有关，经编针织物与纬编针织物相比，纬编的 伸缩性更大。服装针织物的伸长与运动舒适性有关，通常具有2 5 一3 5 伸长率的布对一般的运动不会带来妨碍。 2 】贴身性。针织物比较柔软，是制作贴身衣物的最佳面料，尤其以 纬编针织物为更好，是制作各式贴身内衣的理想材料。 3 】多孔性。因为针织物中纱线的状态是自由的，纤维之间的空隙率 比同一原料的机织物大，因此针织物的透气率较机织物大，常常用于制作 夏季衣物的原料。不过，在一般场合时，针织物的多孔性会使其保暖性下 降，因此作为冬季服装，最外层最好使用具有防风性的机织物。 4 】成形的可能性。成形性是机织物所没有的特征，因为针织物是由 线圈连接起来的，这就使编织成形服装有了可能性。根据体形的尺寸，改 变线圈的连接方法，通过放针、收针或接续就可编织出成形织品，如成形 长袜、成形毛线衫、裤等。 另外，人们在日常的生活中，穿着机织物和针织物服装在做不同的动 作时，服装对人体的束缚也不同，如图3 1 ，当人做平举双手、9 0 。前屈、 以及双手抱肩时，针织物的应力要远小于机织物。 天津工业大学硕士学位论文 歇 ，轻覆 1 罐辩 噶多， 弹性l i ， 超 ，7 丢硬科 、 ， 彦一 图3 - 1 在特有的身体运动中，织物的应力应变性能和身体长度的增加4 8 】 如今，用于服装的针织面料多为基本的纬平针、罗纹、以及拉架针织 物，而在运动服装方面，已经开发出速干、透气等功能性面料。本次研究 选用具有代表性的几种针织面料，主要有纬平纹、罗纹、氨纶汗布、氨纶 罗纹、经平、经斜等组织，各种面料的参数如表3 1 ： 表3 1 实验用面料一览表 编布名原料含量克重 经纬密 号 g m 。2 l c m 1 普梳汗布 3 2 3c1 0 0 1 3 01 9 1 6 2 合股汗布 j 4 0 3c 21 0 01 7 0 1 5 1 4 3 涤棉棉毛t c4 0 6 0 t 4 0 c 6 0 1 9 01 9 1 6 纬4 精梳棉毛 3 2 3c 1 0 02 0 0 1 7 1 3 齄5 l ：l 氨纶罗纹 j 4 0 。s c 9 7 7 2 0 09 1 5 6 摩棉空气层 j 4 0 5m 3 0 c 7 0 紧密纺 7 纯棉拉毛 j 4 0 5c x 2 1 0 5c 9 氨纶经编 经1 0 绿色经平 编 1 1 白色网眼经编 1 2 变化菱形 1 3 蓝色经绒 1 0 0 5 3 1 4 6 9 2 2 5 1 9 1 6 3 0 01 5 1 2 2 1 2 2 0 2 5 1 5 7 1 0 1 7 2 0 02 1 1 6 1 5 4 2 2 1 5 1 8 71 1 1 6 3 2 裤装面料的弹性测试 3 2 1 针织物弹性测试方法 针织物的拉伸测试一般分为定伸长拉伸和定负荷拉伸两种。定伸长拉 伸是测量试样在拉伸到一定长度需要的力值，可以测试一次定伸长和多次 定伸长拉伸力值；定负荷拉伸是测量试样在拉伸到一定力值时试样的伸长 第二章实验用裤装面料测试 量，可以测试一次定负荷和多次定负荷拉伸伸长值 4 9 。5 0 】。由于人体在实际 的穿着过程中，服装受到的拉伸主要表现为人体在做各种动作时定长的拉 伸，因此采用定伸长负荷测试对面料的拉伸回复情况进行探讨。人体的运 动受到身体关节和肌肉的限制，不同部位能够运动的范围和动作的形式也 不尽相同，研究人员通过动态和静态网格方法测试人体的下肢在运动时皮 肤的伸长为4 0 - - - - , 5 0 3 6 。3 7 】，因此本试验的拉伸伸长值取5 0 。 织物在一次定伸长回复时可以分为拉伸和回复两个阶段。在拉伸阶段， 织物在外力作用下产生应力应变，外力对织物做功，织物内部储存形变能； 在回复阶段，织物释放内部储存的形变能。由于织物在拉伸的过程中，纱 线的相互转移及相互摩擦等会消耗一部分的能力，因此织物在回复过程中 并不会按照拉伸曲线回