NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
Giới thiệu về trang phục bó sát
Trang phục bó sát là những loại quần áo hoặc phụ kiện ôm sát vào cơ thể nhờ vào độ đàn hồi của vải Các sản phẩm này rất đa dạng, bao gồm tất, quần tất, đồ bơi, quần áo thể thao, và trang phục bó sát trong y tế.
1.1.2 Trang phục bó sát sử dụng trong dân dụng
Tất là phụ trang quan trọng cho trang phục, không chỉ mang lại tính thẩm mỹ mà còn bảo vệ đôi chân trong nhiều điều kiện khác nhau Trong môi trường sử dụng hàng ngày, tất giúp thấm hút mồ hôi nhờ vào khả năng hấp thụ và thải hồi ẩm của chất liệu Đặc biệt, trong thời tiết lạnh, tất có tác dụng giảm nguy cơ bị tê cóng Tên gọi "tất" xuất phát từ từ "soccus" trong tiếng Latin, chỉ một loại dép ôm sát chân.
Câu chuyện về đôi tất có nguồn gốc từ thời cổ đại, với từ "tất chân" xuất phát từ tiếng Latin “soccus”, nghĩa là dép đi trong nhà Ban đầu, tất chân được làm từ vải dệt thoi và sau khi du nhập vào Anh, chúng đã trở thành một phần quan trọng trong thời trang, đặc biệt là của phái nữ Vào thế kỷ 16, William Lee phát minh ra máy dệt kim đầu tiên vào năm 1589, chủ yếu để sản xuất tất chân, và từ đó, nhiều phiên bản máy dệt kim đã được phát triển qua các thế kỷ.
William Cotton đã đạt được một bước tiến quan trọng với việc phát minh ra máy dệt kim tự động, mang lại sự vừa vặn và thoải mái hơn cho vải dệt kim khi sử dụng.
Trong quá trình hình thành và phát triển, tất chân thường được sử dụng cùng với corset Theo thời gian, chúng đã trở nên linh hoạt hơn, có thể kết hợp với thắt lưng hoặc nịt tất ở trên đầu gối.
Hình 1.1: Hình ảnh minh họa trang phục kết hợp với tất chân [30]
Tất chân cổ điển và hiện đại có sự khác biệt rõ rệt, chủ yếu ở kỹ thuật dệt kim Trong những năm 1920, tất chân thường có đường may nổi ở phía sau, trong khi tất chân hiện đại không còn đường may này nhờ vào công nghệ dệt kim tiên tiến Các họa tiết trên tất hiện nay được tạo ra thông qua kỹ thuật khâu tay hoặc in trên bề mặt đã hoàn thiện.
Hình 1.2: Hình ảnh minh họa những đôi tất với đường may nối phía sau [30]
Vào đầu thế kỷ 20, ngành công nghiệp thời trang đã phát triển mạnh mẽ, dẫn đến việc sản xuất tất chân từ nhiều chất liệu đa dạng như lông cừu, bông và lụa.
3 nhân tạo rayon ra đời, rayon đã được sử dụng cho tất chân như một lựa chọn có giá cả phải chăng hơn lụa
Cuộc cách mạng trong ngành dệt kim bắt đầu khi chất liệu nylon được hãng Du Pont giới thiệu tại Hội chợ Thế giới ở New York vào năm 1939.
Năm 1939, nylon đã trở thành sản phẩm chủ đạo trong thị trường phụ kiện nữ, với đặc điểm bóng mượt như lụa và mềm mại như tơ nhân tạo Tuy nhiên, quần tất nylon lại có nhược điểm là kém thoáng khí và ít khả năng thấm mồ hôi hơn.
Hình 1.3: Hình ảnh minh họa cho trào lưu của quần tất nylon [30]
Tất nylon đầu tiên xuất hiện trong các cửa hàng New York vào tháng 5 năm
Năm 1940, hơn 72.000 đôi quần tất nylon đã được bán ra trong ngày đầu tiên, nhưng sản phẩm này chỉ được sản xuất trong thời gian ngắn trước khi Mỹ tham gia Chiến tranh thế giới thứ hai vào năm 1942 Khi đó, Hội đồng chiến tranh quyết định rằng sản xuất nylon của hãng Du Pont sẽ được dành riêng cho vật liệu chiến tranh, dẫn đến việc giảm sản lượng quần tất Sự thiếu hụt này đã khiến nhiều phụ nữ phải sáng tạo, sử dụng kem dưỡng da màu nâu để phủ lên chân và vẽ đường nối ở mặt để tạo cảm giác như đang mang quần tất.
4 sau bằng bút kẻ lông mày Với trào lưu này nhiều công ty sản xuất mỹ phẩm như
Helena Rubenstein đã đạt được doanh thu lớn
Sau khi chiến tranh kết thúc, các hãng thời trang đã nhanh chóng gia tăng sản xuất quần tất nylon Trong thập kỷ tiếp theo, nhiều ngành hàng quảng cáo tìm cách kết hợp sản phẩm của mình với hình ảnh phụ nữ quyến rũ trong chiếc quần tất nylon.
Hầu hết mọi người nghĩ quần tất không đường may có xuất xứ từ những năm
Vào những năm 1940, công ty Hanes đã giới thiệu sản phẩm tất chân với thiết kế cải tiến, bao gồm phần gót và ngón chân được gia cố thêm, điều này thật sự gây bất ngờ khi nhiều người chỉ biết đến sự phổ biến của chúng vào thập niên 1960.
Tất chân không có đường may từng bị coi là không đứng đắn và thiếu tôn trọng, nhưng sự ra mắt của sản phẩm này từ hãng Hanes và các nhà sản xuất khác đã giúp phụ nữ dần chấp nhận Từ đó, một cuộc cách mạng trong kỹ thuật sản xuất tất đã bắt đầu.
Hình 1.4: Sản phẩm tất chân với phần gót và mũi được gia cố [30]
Thập niên 50 đánh dấu sự chuyển mình mạnh mẽ trong ngành thời trang tất chân nhờ vào kỹ thuật đan vi lưới (micro-mesh) Từ năm 1945, tất cả các loại tất đều sử dụng một kỹ thuật dệt đồng nhất, mang lại cảm giác mềm mại, mượt mà và sang trọng cho người sử dụng.
Hình 1.5: Tất chân trong thi đấu thể thao
Ngày nay, tất được sản xuất từ nhiều chất liệu dệt khác nhau như cotton, len, nylon, acrylic, polyester, olefin và spandex Để tăng cường độ mềm mại, các chất liệu như lụa, lanh và cashmere thường được sử dụng Màu sắc của tất rất đa dạng, và đôi khi chúng còn được thiết kế như những tác phẩm nghệ thuật hoặc đồng phục trong các môn thể thao, đặc biệt là những môn mà màu sắc của tất giúp phân biệt các đội thi đấu.
Vấn đề mô hình hóa cơ thể người
Hình 1.28: Hình vẽ mô hình hóa cơ thể người [9]
Dusan Fiala và các cộng sự đã mô hình hóa cơ thể người với kích thước trung bình, bao gồm các thông số như cân nặng 73,5 kg, lượng mỡ 14%, diện tích da 1,86 m² và năng lượng trao đổi chất 87,1 W Cơ thể được chia thành 15 vùng hình cầu và hình trụ, với các bộ phận hình cầu như đầu và các bộ phận hình trụ bao gồm mặt, cổ, vai, ngực, bụng, cánh tay, bàn tay, chân và bàn chân Mỗi bộ phận được phân chia thành nhiều lớp đồng tâm, chủ yếu là ba lớp: lớp da, lớp mô và lớp xương Để mô hình hóa, cần định nghĩa nhiều loại vật liệu với tính chất tương tự như não, phổi, xương, cơ, chất béo và da Đặc biệt, phần da được chia thành hai lớp khác nhau: lớp da trong dày 1mm mô phỏng hệ thần kinh dưới da và lớp da ngoài có cùng độ dày chứa các mạch máu và hệ mồ hôi.
Yuji Kikuchi và các cộng sự [12] đã nghiên cứu và đưa ra mô hình Flex-PLI
Phần khung xương bao gồm 3 thành phần: phần đùi, phần khớp gối và phần cẳng
Mô hình Flex-PLI được thiết kế với 29 chân, trong đó phần đùi và cẳng chân linh động để tái tạo sự chuyển động của xương dưới tác động của lực Khớp gối của mô hình có cấu trúc hình học đơn giản, mô phỏng xương và dây chằng, nhưng vẫn đảm bảo khả năng chịu lực uốn và xé trong các tình huống va chạm.
Hình 1.29: Mô hình Flex PLI [12]
Phần mô được mô được xây dựng bằng tấm nhựa tổng hợp với độ dày 10 mm và
5 mm được bọc bên ngoài phần khung xương đùi, khớp gối và cẳng chân [12]
Takahiro Issiki và các cộng sự đã phát triển mô hình Flex-GT-prototype dựa trên mô hình Flex-PLI 2004 của Honda R&D Mô hình Flex-GT-prototype được cấu tạo từ ba phần chính: phần đùi, phần cẳng chân và phần khớp nối Phần đùi bao gồm hai tấm cao su tổng hợp, với cao su 30 ở giữa và phần khung kim loại bên trong để mô phỏng cấu trúc xương người.
Hình 1.30: Mô hình Flex-GT –prototype [10]
Theo tài liệu [13], Thomas Kinsky đã giới thiệu và so sánh 2 mô hình mô phỏng phần chi dưới của người:
Mô hình “EEVC LFI” hay “WG17 impactor” được thiết kế với hai ống thép cứng đại diện cho xương đùi và xương chầy, kết hợp với hệ thống lò xo và giảm chấn thủy lực tại phần gối Bên ngoài, mô hình được bọc bởi lớp mút dày 25 mm và lớp da bằng cao su tổng hợp dày 6 mm, giúp tăng cường khả năng bảo vệ và giảm thiểu tác động trong các thử nghiệm va chạm.
Mô hình "FlexPLI" là một mô hình bao gồm xương đùi và xương chày, được chế tạo từ sợi thủy tinh và nylon, có khả năng chịu uốn tương tự như xương người Phần gối được thiết kế với hai khối phức tạp, sử dụng hệ thống lò xo để đại diện cho dây chằng Để mô phỏng chính xác các mô và da, mô hình sử dụng nhiều lớp cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp, với số lượng lớp vật liệu khác nhau ở các phần đùi, khớp gối và cẳng chân.
Hình 1.31: Mô hình “WG17 impactor” mô phỏng chân người [13]
Hình 1.32: Mô hình “Flex PLI” mô phỏng chân người [13]
Mô hình hóa phần đùi của chân người yêu cầu ba lớp vật liệu chính: lớp xương sử dụng vật liệu cứng như kim loại, lớp mô bằng mút mềm hoặc cao su, và lớp bọc bên ngoài làm từ nhựa tổng hợp để tái tạo bề mặt da người.
Phương pháp xác định áp lực của quần áo lên cơ thể người
1.3.1 Khái niệm [44] Áp lực (ký hiệu là p) là giá trị của lực tác dụng trên một đơn vị diện tích theo hướng vuông góc với bề mặt của vật thể
Công thức: F p A hoặc dF n p dA
+ A là diện tích tiếp xúc
Hình 1.33: Hình minh họa áp lực lên đơn vị diện tích [44]
Theo hệ đo lường quốc tế SI, áp lực được đo bằng Newton trên mét vuông, tương đương với đơn vị Pascal Trong khi đó, ở Anh và Mỹ, đơn vị áp lực phổ biến là Pound trên inch vuông, thường được viết tắt là lbf/in² hoặc psi.
Áp lực có thể được đo bằng nhiều đơn vị khác nhau, bao gồm bar, gam lực và kilogam lực trên centimet vuông (gf/cm² hoặc kgf/cm²) Đối với áp suất không khí, đơn vị thường sử dụng là atmosphere.
(at) có giá trị là 1 kgf/cm 2 (98,0665 kPa hay 14,223 psi) Một dẫn xuất thông dụng hơn của Pascal (Pa) là kilo pascal (Kpa), 1 kPa = 1000 Pa
Phạm vi đo lực rất đa dạng, bao gồm cả những giá trị nhỏ như 10^-5 N đến những giá trị lớn lên tới 10^8 N Việc đo lực có thể thực hiện trong các tình huống khác nhau, từ phép đo tĩnh với các lực không đổi cho đến các xung lực tác động với tốc độ cao, chẳng hạn như trong trường hợp va chạm hay sóng xung kích.
Việc đo lực trong khoảng từ 10^-12 đến 10^8 N là một thách thức, vì không có thiết bị nào có thể đo được toàn bộ dải này Lực thường được chia thành nhiều dải đo khác nhau, mỗi dải sử dụng các phương pháp và thiết bị riêng biệt Đặc biệt, trong dải đo thấp hơn 10^-5 N, cần áp dụng các phương pháp đặc biệt để đảm bảo độ chính xác Đo lực, áp lực, ứng suất và áp suất có thể thực hiện bằng nhiều loại chuyển đổi và phương pháp khác nhau, trong đó có hai phương pháp chính: đo trực tiếp và đo gián tiếp Phương pháp đo trực tiếp sử dụng các chuyển đổi có đại lượng vào tương ứng với các lực, ứng suất và áp suất cần đo, biến đổi thành tín hiệu điện mà không cần hệ dẫn truyền trung gian Ngược lại, phương pháp đo gián tiếp sử dụng các phần tử đàn hồi và hệ dẫn truyền để biến lực, ứng suất, áp suất thành chuyển động, từ đó suy ra đại lượng cần đo.
1.3.2 Phương pháp đo áp lực [2]
1.3.2.1 Đo lực bằng lực kế Đo lực bằng phương pháp biến lực thành di chuyển và đo di chuyển để xác định lực, điều đó được thực hiện nhờ các chuyển đổi biến trở, điện cảm, điện dung, điện trở lực căng Khi đo lực bằng các chuyển đổi trực tiếp thường dùng các phần tử áp
Các dụng cụ đo điện và áp từ có giới hạn đo phụ thuộc vào diện tích tác dụng của các chuyển đổi Chuyển đổi áp từ hoạt động với độ chắc chắn cao và dải tần từ 20 trở lên.
50kHz Phần tử áp điện chỉ đo được với lực biến thiên tần số 510 Hz trở lên, không khắc độ được với lực tĩnh
Giới hạn đo của các dụng cụ đo lực phụ thuộc vào cấu trúc của phần tử dẫn truyền và cách lắp ghép của chúng Những dụng cụ này được gọi là lực kế.
Sai số của dụng cụ là ±3%, với ưu điểm nổi bật là thiết kế đơn giản, dễ chế tạo và sử dụng, đồng thời có độ tin cậy cao mà không cần khuếch đại tín hiệu Tuy nhiên, nhược điểm của dụng cụ là không thể đo được lực biến thiên nhanh.
1.3.2.2 Đo lực bằng phương pháp bù Để nâng cao độ chính xác của phép đo có thể dùng phương pháp bù đo lực
Hình 1.34: Sơ đồ thiết bị đo lực bằng phương pháp bù [2]
Lực P tác động lên thanh dẫn động 1 và truyền đến cánh tay đòn 2 Phần ứng 3 của chuyển đổi hỗ cảm kiểu biến áp vi sai được gắn ở đầu cánh tay đòn phía bên phải.
Khi phần ứng di chuyển, nó tạo ra điện áp đầu ra cho biến áp, sau đó điện áp này được khuếch đại để tăng tín hiệu trước khi chuyển đến chỉnh lưu pha Dòng điện sau chỉnh lưu (I ra) được dẫn đến cuộn dây 4 của chuyển đổi ngược kiểu cảm ứng 5 ở đầu cánh tay đòn bên trái, nơi dòng điện này tạo ra lực đẩy F để bù đắp cho lực P trên cánh tay đòn.
Thiết bị này có nhược điểm là không thể đo được lực lớn, do chuyển đổi điện từ ngược chỉ nặng 0,5 kg và chỉ có khả năng đo lực tác động khoảng 2N Để đo lực trong khoảng từ 5 đến 7N, trọng lượng cần thiết có thể tăng lên từ 5 đến 10kg.
Sai số chủ yếu do ma sát của trục quay cánh tay đòn gây nên và do hiện tượng từ trễ của chuyển đổi hỗ cảm
1.3.2.3 Lực kế chỉ thị số
Một trong những phương pháp đo lực chính xác nhất là chuyển đổi lực thành tần số, từ đó xác định giá trị lực cần đo thông qua việc đo tần số.
Các chuyển đổi đo lực thường sử dụng phương pháp điện cảm và điện dung, kết hợp với các máy phát tần số LC và RC.
Chuyển đổi điện cảm mắc kiểu vi sai được cung cấp từ hai nguồn máy phát 1 và
2 có tần số bằng nhau 40kHz
Khi chưa có lực tác động, tần số của máy phát duy trì ở mức 40 kHz Tuy nhiên, khi có lực tác động, điện cảm của hai chuyển đổi sẽ thay đổi, dẫn đến một máy phát có tần số tăng và máy phát còn lại có tần số giảm Qua bộ điều chế và bộ lọc, hiệu tần số của hai máy phát được tách biệt và đưa vào bộ nhân, từ đó tăng tần số lên gấp đôi.
Tần số này được đưa đến bộ tạo xung tạo thành các xung vuông, các xung được đếm bằng chỉ thị số
Kết luận chương 1
Qua việc nghiên cứu tổng quan cho thấy :
Trang phục bó sát rất đa dạng, bao gồm tất, quần tất, quần áo thể thao, đồ bơi, quần áo lót, và trang phục áp lực trong y tế cũng như chỉnh hình thẩm mỹ Với lịch sử hình thành và phát triển lâu dài, trang phục này đã trải qua nhiều thời kỳ khác nhau Chất liệu của trang phục bó sát cũng phong phú, từ các loại vải tự nhiên như cotton, lanh, đay gai, tơ tằm, da và lông thú, đến các loại vải nhân tạo như polyester, nylon và spandex.
Trang phục bó sát ngày càng trở nên quan trọng trong đời sống và ngành công nghiệp thời trang, không chỉ bảo vệ cơ thể mà còn tôn lên vẻ đẹp hình thể Một nhóm sản phẩm trong loại trang phục này là trang phục áp lực, có tác dụng chữa bệnh, nâng cao thành tích thể thao và tạo hình thẩm mỹ Để phát huy hiệu quả tối đa, việc nghiên cứu áp lực của trang phục lên cơ thể là cần thiết; áp lực quá nhỏ sẽ không hiệu quả trong điều trị, trong khi áp lực quá lớn có thể gây khó chịu, tắc nghẽn lưu thông mạch máu và làm tình trạng bệnh trở nên nghiêm trọng hơn.
Hiện nay, trên thế giới có nhiều phương pháp xác định áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người, bao gồm tính toán lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm Tuy nhiên, ở Việt Nam, lĩnh vực nghiên cứu này vẫn còn hạn chế với ít công trình công bố.
Nghiên cứu và đo áp lực trang phục lên cơ thể người là một nhiệm vụ phức tạp do hình dạng và cấu trúc đa dạng của cơ thể Hơn nữa, các thiết bị đo áp lực hiện tại chủ yếu có nguồn gốc từ nước ngoài, gây khó khăn trong việc áp dụng và tính toán chính xác.
Đề tài "Nghiên cứu xác định áp lực của quần áo lên cơ thể người" tập trung vào việc mô hình hóa cơ thể người thông qua các khối hình học đơn giản như hình cầu, hình trụ và hình nón cụt Nghiên cứu này sẽ xây dựng công thức tính toán áp lực mà quần áo tác động lên cơ thể, đồng thời phát triển phương pháp đo và thiết bị đo với nguồn kinh phí hợp lý.
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ
Đối tượng nghiên cứu
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ
Ngành dệt may đã có những bước phát triển vượt bậc nhờ vào việc áp dụng công nghệ và khoa học kỹ thuật mới, mang đến cho người tiêu dùng nhiều sản phẩm chất lượng cao và đa dạng Các nhà nghiên cứu đang tập trung vào việc sản xuất quần áo hiệu năng cao cho môi trường đặc biệt, như trang phục chống thấm, kháng khuẩn và chịu nhiệt Tuy nhiên, vẫn còn nhiều sản phẩm còn thiếu trong các lĩnh vực y tế, thể thao và chỉnh hình thẩm mỹ.
Nghiên cứu áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người là cơ sở quan trọng để thiết kế và chế tạo sản phẩm may mặc nhằm nâng cao thành tích thi đấu của vận động viên, hỗ trợ điều trị các căn bệnh hiểm nghèo, và cải thiện khả năng hồi phục của bệnh nhân sau phẫu thuật.
Hiện nay, nhiều phương pháp xác định áp lực của trang phục lên cơ thể người mặc đang được áp dụng trên thế giới, nhưng chúng thường phức tạp và không phù hợp với điều kiện của người Việt Nam Do đó, nghiên cứu xây dựng phương pháp tính toán áp lực và mô hình thực nghiệm để đo áp lực của quần áo bó sát là rất cần thiết Điều này sẽ là cơ sở quan trọng cho việc thiết kế và chế tạo trang phục thi đấu thể thao, tất, quần áo phục hồi chức năng, cũng như các sản phẩm chỉnh hình thẩm mỹ.
Cơ thể con người là một kiệt tác nghệ thuật với hình dạng và cấu trúc phức tạp Trong nghiên cứu mô hình hóa cơ thể, các bộ phận được phân loại thành các khối hình học cơ bản phù hợp nhất với hình dáng của chúng.
44 dạng và cấu tạo Các bộ phận cơ thể được mô hình hóa ở dạng khối cầu, khối trụ hoặc khối nón, nón cụt [17]
Cơ thể người có cấu trúc phức tạp với nhiều bộ phận đảm nhiệm chức năng riêng, trong đó phần đùi đóng vai trò quan trọng trong việc nâng đỡ cơ thể và điều khiển hoạt động của chân Đùi chịu áp lực lớn, đặc biệt khi tham gia thể thao, vì vậy nghiên cứu áp lực của trang phục lên phần đùi là cần thiết để tạo sự thoải mái và bảo vệ, đồng thời nâng cao khả năng vận động và hỗ trợ cải thiện thành tích thể thao Hình dáng đặc trưng của phần đùi liên quan đến nhiều bộ phận khác, và các sản phẩm bó sát cũng rất đa dạng Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm giải quyết các vấn đề liên quan đến va chạm giao thông và tính toán áp lực trang phục lên cơ thể.
Hình 2.1: Mô hình tái tạo cơ thể người và phần đùi
Vải được sử dụng trong luận văn là vải dệt kim đan ngang có độ đàn hồi cao, chuyên dùng cho sản phẩm áo bơi do công ty Manhattan Beachwear sản xuất Vải này sở hữu nhiều đặc điểm nổi bật, phù hợp với yêu cầu của ngành thời trang thể thao.
- Thông số do nhà sản xuất cung cấp:
+ Thành phần nguyên liệu: 80% Nylon/20% Lycra
- Thông số xác định tại phòng thí nghiệm Vật liệu Dệt, Viện Dệt May – Da giầy và Thời trang, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
+ Kiểu dệt: single có cài sợi phụ
+ Khối lượng riêng: 141 g/m 2 xác định theo tiêu chuẩn ASTM D3776
+ Độ dày 0,21 mm xác định theo tiêu chuẩn ASTM D1777
Mút Polyurethane được tạo ra từ phản ứng giữa isocyanates và polyol, cho phép sản xuất nhiều loại polyurethane khác nhau thông qua các kỹ thuật phối trộn Polyurethane có thể ở nhiều dạng như sợi, màng, đổ khuôn, nhiệt dẻo, bọt và cán Trong luận văn này, loại mút được sử dụng là Polyurethane dạng bọt.
Nội dung nghiên cứu
Trong nghiên cứu về áp lực của trang phục lên cơ thể người, tác giả Seyed Abbas Mirjalili cùng các cộng sự đã phát triển mô hình tính toán lý thuyết áp lực của quần áo bó sát và so sánh với phương pháp mô phỏng Tuy nhiên, công thức tính toán áp lực này được xây dựng dựa trên giả thiết rằng cơ thể người là vật liệu hoàn toàn cứng.
Xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu của luận văn, kế thừa các kết quả nghiên cứu đã có, nội dung nghiên cứu của luận văn là:
1) Áp dụng kiến thức về cơ học vật liệu và kiến thức giải tích để xây dựng lại công thức tính toán áp lực của quần áo bó sát lên mô hình cơ thể người ở dạng vật liệu tuyệt đối cứng Phát triển tính toán cho mô hình cơ thể người có dạng là vật liệu đàn hồi
2) Ứng dụng tính toán số xác định áp lực của quần bó sát lên mô hình phần đùi cơ thể người
3) Xây dựng mô hình thực nghiệm mô phỏng phần đùi nữ giới, với kích thước vòng đùi và các lớp vật liệu gần với cơ thể người thật
4) Thực nghiệm đo áp lực của quần bó sát lên mô hình phần đùi cơ thể người và so sánh kết quả với phương pháp tính toán.
Phương pháp nghiên cứu
2.4.1 Phương pháp xác định mô đun đàn hồi của vải
Mô đun đàn hồi của vải theo hướng ngang được xác định thông qua thí nghiệm kéo đứt tại phòng thí nghiệm Vật liệu Dệt thuộc Viện Dệt May – Da giầy và Thời trang.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn
+ Máy kéo đứt RTC-1250A của Nhật Bản
Kích thước vùng làm việc của mẫu thí nghiệm là 100 mm x 50 mm, với phần mép vải để kẹp giữ mỗi bên là 75 mm Mẫu thử được cắt với kích thước 250 mm x 50 mm (dài x rộng) Khi tiến hành đo và cắt, cần tránh cắt đứt vòng sợi trong cùng một cột vòng để đảm bảo độ chính xác của thí nghiệm.
Theo tiêu chuẩn ASTM D4964-96, năm mẫu thí nghiệm được giữ ở nhiệt độ 21 ± 1 °C và độ ẩm 65 ± 2% trong 16 giờ để loại bỏ hoàn toàn ứng suất dư trên vải.
+ Cách tiến hành thí nghiệm: Đánh dấu khoảng cách làm việc của mẫu với chiều dài là 100 mm Chỉnh khoảng cách 2 ngàm kẹp là 100 mm Chọn làm mốc
Chọn tốc độ kéo trên máy là 500 mm/phút
Kẹp đầu trên của mẫu vào ngàm trên và để mẫu vải duỗi thẳng dưới tác dụng của trọng lực Kẹp đầu còn lại vào ngàm dưới với lực căng ban đầu không vượt quá 0,02 N, sau đó vặn chặt 2 đầu ngàm kẹp Tiến hành kéo đứt mẫu.
Biểu đồ Lực – chuyển vị cho thấy trong khoảng độ giãn dưới 80%, lực kéo và độ giãn có mối quan hệ tuyến tính tương đối Từ khoảng tuyến tính này, ta có thể xác định giá trị mô đun đàn hồi.
Giá trị mô đun đàn hồi được tính theo công thức [45]:
Theo tài liệu số [4] trang 151, mô đun đàn hồi ban đầu (hoặc mô đun đàn hồi loại một) của sợi có thể được tính toán khi sợi chịu lực kéo giãn nhỏ trong thời gian ngắn và thành phần biến dạng đàn hồi lớn đạt tới 90% Do đó, để tính mô đun đàn hồi của vải, cần hai điều kiện quan trọng.
- Lực kéo là tương đối nhỏ
- Thời gian kéo là ngắn
Hình 2.2: Máy kéo đứt RT-1250A
2.4.2 Phương pháp xác định sự thay đổi lực kéo giãn hướng sợi ngang theo thời gian tại các độ giãn khác nhau Áp lực của quần áo lên cơ thể người suy giảm theo thời gian là bởi hiện tượng lơi của vải, nội ứng suất của vải bị giảm sau một khoảng thời gian bị kéo giãn ở độ giãn nhất định Hiện tượng này là do khi vải bị kéo giãn, mức độ kéo giãn của các sợi trong vải là không giống nhau Một số sợi bị kéo giãn nhiều hơn mức trung bình trong khi một số khác bị kéo giãn thấp hơn mức trung bình do ảnh hưởng của yếu tố hướng lực kéo và cấu trúc không đồng đều của vải Sau đó hiện tượng cân bằng ứng suất xuất hiện, cân bằng ứng suất sẽ làm ứng suất trung bình giảm xuống [7]
Sự thay đổi lực kéo giãn của vải theo thời gian được đánh giá thông qua thí nghiệm kéo giãn tại phòng thí nghiệm Vật liệu Dệt thuộc Viện Dệt May – Da giầy và Thời trang.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Việc chuẩn bị mẫu và điều chỉnh thông số vận hành máy được lấy theo tiêu chuẩn ASTM D4964-96 [23]
+ Máy kéo đứt RTC-1250A của Nhật Bản
Kích thước vùng làm việc của mẫu thí nghiệm là 100 mm x 50 mm, với phần mép vải để kẹp giữ mỗi bên là 75 mm Mẫu thử được cắt có kích thước 250 mm x 50 mm (dài x rộng) Khi thực hiện đo và cắt, cần tránh hiện tượng cắt đứt vòng sợi trong cùng một cột vòng.
Theo tiêu chuẩn ASTM D4964-96, 20 mẫu thí nghiệm được duy trì ở nhiệt độ 21 ± 1 °C và độ ẩm 65 ± 2% trong 16 giờ để loại bỏ hoàn toàn ứng suất dư trên vải.
+ Cách tiến hành thí nghiệm: Đánh dấu khoảng cách làm việc của mẫu với chiều dài là 100 mm Chỉnh khoảng cách 2 ngàm kẹp là 100 mm Chọn làm mốc
Chọn tốc độ kéo trên máy là 100 mm/phút
Kẹp đầu trên của mẫu vào ngàm trên và để vải duỗi thẳng nhờ trọng lực Kẹp đầu còn lại vào ngàm dưới với lực căng ban đầu không vượt quá 0,02 N, sau đó vặn chặt hai đầu ngàm kẹp Tiến hành kéo giãn mẫu.
4x5 mẫu thí nghiệm được kéo lần lượt đến các độ giãn 10%, 20%, 30% và 40%, sau đó cho máy dừng lại để theo dõi quá trình thay đổi của lực
Tiến hành xây dựng biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa lực kéo giãn và thời gian
2.4.3 Phương pháp xác định mô đun khối của mút
Mô đun khối của mút được xác định cũng trên máy RTC-1250A của Nhật
Bản tại phòng thí nghiệm Vật liệu Dệt ở chế độ nén Thí nghiệm được tiến hành theo tiêu chuẩn ISO 844 và thực hiện theo tài liệu [21]:
- Tốc độ nén là 5 mm/ phút
Cắt mẫu với kích thước 100x100x30 mm Ổn định mẫu trong điều kiện tiêu chuẩn ít nhất 16 giờ để khử hết ứng suất dư
+ Cách tiến hành thí nghiệm: Đặt mẫu lên bệ đỡ, đặt tấm kim loại lên trên mẫu
Hình 2.3: Thí nghiệm xác định mô đun khối của mút trên máy RT-1250A
Dịch chuyển đầu nén của máy xuống cho đến khi tiếp xúc với tấm kim loại, sau đó tiếp tục hạ đầu nén thêm khoảng 15 mm Tại vị trí này, tiến hành điều chỉnh.
Để vận hành máy, hãy đưa đầu nén lên vị trí tiếp xúc và nhấn nút Start để máy chạy tự động Máy sẽ tự động dừng lại khi đầu nén hạ xuống vị trí 0.
Tấm kim loại có dạng trụ tròn với đường kính 50 mm, diện tích tiếp xúc với tấm mút là 1962,5 mm 2 = 1,9625.10 -3 m 2
Phần mềm sẽ vẽ đồ thị quan hệ giữa lực ép và chuyển vị
Giá trị mô đun khối được tính theo công thức [47]:
- V là thể tích mẫu thí nghiệm (mm 3 )
- P là áp lực lên mẫu thí nghiệm (Pa)
- K là mô đun khối của mút (Pa)
2.4.4 Phương pháp tính toán lý thuyết xác định áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người
2.4.4.1 Giả thuyết trong bài toán nghiên cứu
Trong nghiên cứu mô hình hóa cơ thể người, các bộ phận cơ thể được chuyển đổi thành các khối hình học cơ bản có hình dạng và cấu trúc tương thích Nhóm tác giả tập trung vào việc mô hình hóa các bộ phận cơ thể, vật liệu vải và quần áo dựa trên các giả thiết đã được đề ra.
1 Các bộ phận cơ thể người có dạng khối cầu, khối trụ hoặc khối nón, nón cụt
2 Cơ thể người được coi là đàn hồi tuyến tính tuân theo định luật Hook
3 Vải được coi là vật liệu đồng nhất, đẳng hướng, đàn hồi tuyến tính
4 Ma sát giữa cơ thể và vải được bỏ qua
5 Sự tương tác giữa cơ thể và quần áo đồng nhất tại mọi vị trí
2.4.4.2 Xây dựng mô hình nghiên cứu
Cơ thể người có thể được hình dung như một khối tròn xoay, được tạo ra bằng cách xoay một đường cong 2D quanh một trục Lớp ngoài của cơ thể được bao phủ bởi một lớp bảo vệ.
51 quần áo bó sát có độ dày là t, khi đó vị trí mỗi điểm trên lớp quần áo sẽ được xác định bởi các thông số: ϕ, θ, r 0 (hình 2.4) Trong đó:
- ϕ là góc tạo bởi bán kính cong tại mỗi điểm trên lớp quần áo và trục tung
- θ là góc xác định vị trí mỗi điểm trong mặt cắt theo phương ngang
- r 0 bán kính cong của mỗi điểm trong mặt cắt theo phương ngang
Xét diện tích nhỏ ABCD trên lớp quần áo được tạo bởi hai mặt cắt đi qua trục xoay và hai mặt cắt theo phương ngang
Hình 2.4: Mô hình tính toán tổng quát áp lực của quần áo lên cơ thể người
Khi lớp quần áo tác động một áp lực p vào phía trong cơ thể, theo định luật 3
Kết luận chương 2
Luận văn tập trung vào việc mô hình hóa phần đùi của cơ thể người, vì hình dáng đặc trưng của nó đại diện cho nhiều bộ phận khác nhau Phần đùi là khu vực quan trọng, với nhiều sản phẩm bó sát được thiết kế cho nó Vải được lựa chọn cho nghiên cứu là vải dệt kim đan ngang có độ đàn hồi cao.
Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã tập trung vào việc xác định áp lực của quần áo lên cơ thể, kế thừa những kết quả từ các công trình trước đó, đặc biệt là nghiên cứu của Seyed Abbas Mirjalili.
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định áp lực mà quần áo bó sát tác động lên cơ thể người, từ đó tạo cơ sở cho việc thiết kế và chế tạo sản phẩm may mặc Nội dung nghiên cứu bao gồm các khía cạnh liên quan đến ảnh hưởng của áp lực này đối với sức khỏe và cảm giác thoải mái của người mặc.
1) Áp dụng kiến thức về cơ học vật liệu và kiến thức giải tích để xây dựng lại công thức tính toán áp lực của quần áo bó sát lên mô hình cơ thể người ở dạng vật liệu tuyệt đối cứng Phát triển cho mô hình cơ thể người có dạng là vật liệu đàn hồi
2) Ứng dụng tính toán số xác định áp lực của quần bó sát lên mô hình phần đùi cơ thể người
3) Xây dựng mô hình thực nghiệm mô phỏng phần đùi nữ giới, với kích thước vòng đùi và các lớp vật liệu gần với cơ thể người thật
4) Thực nghiệm đo áp lực của quần bó sát lên mô hình phần đùi cơ thể người và so sánh kết quả với phương pháp tính toán
Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu bao gồm: xác định mô đun đàn hồi của vải theo phương ngang và sự thay đổi giá trị lực kéo giãn theo thời gian theo tiêu chuẩn ASTM D4964-96, xác định mô đun khối của mút theo tiêu chuẩn ISO 844, và áp dụng cả phương pháp tính toán lý thuyết lẫn thực nghiệm để xác định áp lực của quần áo bó sát lên mô hình cơ thể người.