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1、第29卷 第3期2008年3月纺 织 学 报Journal of Textile ResearchVol.29No.3Mar.2008文章编号:025329721(2008)0320137206服装压力舒适性的研究综述与剖析尹 玲1,2,张文斌1,夏 蕾3(11 东华大学 服装学院,上海 200051;21 宁波大学 艺术与传媒学院,浙江 宁波 315211;31 上海工程技术大学 服装学院,上海 201600)摘 要 将服装压力舒适性的研究发展划分为3个阶段:早期研究(20世纪3070年代)、中期研究(20世纪8090年代)和近期研究(21世纪至今)。就每个阶段的研究热点分别进行综述,并分析
2、各个阶段服装压力舒适性研究存在的问题与可能的对策。最后,从创新的角度,提出把服装、人体皮肤及软组织的微观结构与宏观性能相结合;在考虑人的生理与心理因素的基础上,建立人体和服装之间动态力学接触舒适性的预测系统,最终提出构建综合感觉舒适性预测体系等构想及其发展方向。关键词 服装压力;压力舒适性;舒适阈值;动态力学接触中图分类号:TS 941116 文献标识码:AReviewand analysis of pressure comfort of garmentYIN Ling1,2,ZHANGWenbin1,XIA Lei3(11Fashion Institute,Donghua Universit
3、y,Shanghai200051,China;21College of Art and Communication,Ningbo University,Ningbo,Zhejiang315211,China;31Fashion Institute,Shanghai University of Engineering&Science,Shanghai201600,China)AbstractThe progress of study on pressure comfort of garment is divided into three chronological phases,which re
4、spectively are early study(from 1930s to 1970s),medium2term study(from 1980s to 1990s)andcurrent study(from 2000s to now).The paper reviewed hot studies of each phase and analyzed existing defectsand advised possible solutions.In conclusion,the paper suggested several ideas and new trends,one was to
5、associate the microstructure of fabric,human skin and soft tissue with their macro2performance,and anotherwas to establish a system which can forecast pressure comfort of garment based on dynamic mechanicalinteractions between human body and garment while considering the humans physiological and psy
6、chologicalfactors,and the final was to build an integrated system which can forecast the humans whole sensationcomfort.Key wordsgarment pressure;pressure comfort;comfort threshold;dynamic mechanical contact收稿日期:2007-01-27 修回日期:2007-10-16基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20050255011);浙江省教育厅科研项目(20061620)作者简介:
7、尹玲(1977),女,讲师,博士生。主要研究领域为数字化服装与服装人体工学等。E2mail:yinling 。服装压力舒适性是服装和人体皮肤间相互作用而产生的皮肤压力感觉的舒适范围,包括服装的尺寸合体性与运动的自由度等力学角度的舒适性,反映的是一个综合复杂的生理反应,主要与皮肤内的压力感受有关,并且可能联系痛感和触觉1。本文通过对服装压力舒适性的3个阶段进行分析及综述,提出今后服装压力舒适性的几个发展方向。以往服装舒适性的研究主要集中在热湿舒适性上,其中大量的研究成果已发表并且用来解决实际问题,如保温值(克罗值,clo)已广泛用于军服设计和分类2。近年来,日趋完善化的发展更强调服装适合于人而不
8、是人适合于服装,进一步注重着装后人的身心健康、舒适、安全以及效能等功用,舒适性研究也已由原来单一的生理舒适研究,变为物理、生理、心理舒适的综合研究,着装时服装与人体之间动态力学交互作用引起的着装压力感觉舒适性,成为舒适性研究中相对新的领域3。1 服装压力研究进展有关着装压力舒适性的基础理论体系还没有充分建立起来。不过,服装压力的相关研究很早就有学者着手,至今已有相当数量的报道。下面以图1为纲,对已有的研究成果作具体论述与剖析。图1 服装压力舒适性的3个研究进展Fig.1Three phases on pressure comfort of garment111 服装压力的早期研究早期服装压力的
9、研究(20世纪3070年代)集中于2个方面:一方面是定量记述压力物理量或沿试验刺激改变的皮肤延伸率;一方面是按压力测量刺激的变化及由之唤起的感觉的生理学量度,即皮肤感觉的最低阈值。1966年K irk Wm等人提出了一种测量人体皮肤在运动时延伸率的方法,这种方法后来被用做计算压力 与 皮 肤 延 伸 关 系 的 重 要 参 考4。IbrahimSalim M在1968年探讨了具有双向拉伸性能的织物制成的保型性服装的力学性能,并给出了服装压、服装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5。1972年Denton指出舒适服装压力的范围为11963192 kPa,当服装压力超过此值时
10、会令人感到不舒服,其程度因人和身体部位而异6。不舒适服装 压 力 的 临 界 值 介 于51889.81 kPa之间,与人体皮肤表面毛细血管的血压平均值7.85 kPa接近,当服装压力超过此值时,血液流动非常困难,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,从而造成下肢肿胀7。1975年Verillo指出在理想状态下,低于01001 mm的位移就能有效引起压力感觉产生8。早期的研究主要还停留在服装压力的定义及产生压力的生理机制的基础研究上。112 服装压力舒适性的中期研究服装压力舒适性的中期研究(20世纪8090年代)主要集中在客观穿着压力测量和主观压迫感接受及二者间的关系上
11、,多是对各功能产品具体舒适阈值和影响因素的分析。这一阶段,国外尤其是日本的一些高校和研究机构在该领域的研究成果比较突出。11211 影响因素的研究影响服装压力舒适性的因素涉及物理、生理、神经生理以及心理4个领域。研究人员从不同角度对其进行了系统研究,发现服装对于人体压力这一物理力学性能,是影响人体压力舒适性最主要的因素。生理、神经生理与舒适心理过程均产生于主观过程,与服装的厚重感、柔软度、刺痒感等有关9。Denton,Harumi Morooka等人从人体自身的角度分析了影响服装压力大小的人体体型方面的因素,主要有:身体曲率、人体的弹性模量、软组织结构、脂肪含量、运动幅度等。Denton指出服
12、装压随身体曲率的增加而增大,女性身体两侧的曲率是腹部的315倍,所以腰部两侧受到的服装压力是其腹部所受压力的315倍。Harumi Morooka在提出胸衣的下胸围压力值与压力舒适感之间的相关性时,测试并比较了静态与常规动态状态下穿着胸衣时的压力值,发现服装压力受人体的运动幅度、姿势以及呼吸等因素的影响,同时比较了同一个测试点的压力值与不同受试人体的BMI之间的关系,说明压力与人体脂肪含量有相关性10。Noriko Ito,Harumi Morooka,Ayako Inamura等人从面料性能的角度具体分析了影响服装压力舒适性的织物物理性能,主要有:面料摩擦因数、柔软度、光滑度和接触感、面料双
13、轴向拉伸、弹性模量、横向拉伸性能、剪切性能和弯曲性能等11-13。由芳、张欣从服装结构的角度进行了紧身服的宽裕量、弹性模量与服装压感关系的相关研究,以服装的宽裕量作为服装合体程度的指标,以服装面料弹性模量作为弹性性能的指标,二者可以较好地预测服装的穿着压感14。对于服装压力舒适性的影响因素,相关文献主要是从人体体型,服装面料的物理、力学性能以及服装款式3个方面进行了研究。存在的问题总结如下。1)物理影响因素研究较多,但基本都停留在定性的宏观研究基础上,没有将每种影响因素具体影响程度的大小定量化。831纺织学报第29卷2)文献多是从一两个因素着手研究服装压,将服装压、服装的款式结构、织物的物理性
14、能以及人体体型4个方面结合起来整合研究的文献很少。3)针对生理、神经生理与舒适心理的影响因素的研究文献较少。4)时间、运动以及洗涤对服装压力舒适性的影响还没有全面评价,对这方面的研究将有助于进一步提高医用压力服、塑身内衣等功能服装的功效性,指导消费者更科学地穿用此类功能服装,更好地发挥其效能。11212 舒适阈值的确定涉及到服装压力舒适性的典型服装产品种类包括女性塑身内衣(如胸罩、束裤、腹带等)、紧身衣(如牛仔裤等)、腰带、弹力袜、运动衣(如运动胸罩、运动袜、游泳衣等)以及医用压力服等。不同的服装种类,其压力舒适阈值的需求各有差异。服装压力舒适性中期研究的一个热点即确定具体服装产品种类的舒适阈
15、值,为服装生产商提供必要的技术参数。Makabe通过对塑裤压力的研究,得出塑裤舒适压力阈值为41005133 kPa15。Makabe通过对女性胸罩的研究得到肩带3.2 kPa,胸下围和侧部11472.13 kPa的舒适阈值16。Makabe同时对女性调整型腹带的压力舒适性进行研究,得出腹带的舒适阈值为2146 kPa17。对每种产品的压力舒适阈值的研究,大多数研究学者都是通过人体穿着试验,客观上测量服装对人体不同部位产生的压力,主观上通过受试者根据自身穿着感受,评价穿着时的舒适与否的程度,从而得出不同产品的压力舒适值。存在问题主要有以下几点:1)研究样本量较少,一般测试人体仅为820人,因此
16、,存在研究结果尤其是建立的一些数学模型不能普遍适合的问题,不能应用到实际的产品设计、面料选择等环节中。2)主观评价因人而异,存在着较大的不确定性与差异,所以不同服装的压力舒适阈值的精确度有待于进一步验证,这一方面的深入可从人体自身生理、心理机制角度研究着手。由于人体各个部分对触 压觉的敏感程度不尽相同,所以身体不同部位感受触压的感觉阈值不同,感觉压力舒适的阈值不同,最大能承受的压力阈值(极限阈值)也不尽相同。如图2所示为皮肤不同部位的感觉阈值,直方图线柱越高,需触发感觉器的力越大,很明显,感觉阈值在身体表面上变化很大,每个触觉几乎都定位于皮肤上特定的位置,并且和触觉皮质中每一区域处的神经数量有
17、直接关系18,所以研究人体不同部位的感觉压力舒适阈值与最大承受压力的阈值可有助于将服装压力舒适性的主观评价定量化。不同服装的压力舒适阈值也有待于进一步根据身体不同部位与其功能进行细化。图2 皮肤不同部位的感觉阈值Fig.2Sensation threshold of different partson the human bodys skin3)动态压力舒适性研究较少。动态分常规运动与特种运动2种情况,同一款式服装在同一环境条件下,穿着于同一个人身上,其在静止与常规运动状态下,身体特定部位的压力感受是不一样的。特种运动主要针对的是一些特种运动服装,如游泳衣。游泳衣的压力设计应使人在水中能减少阻
18、力以便活动更加自由。为此,需要认真分析人在游泳的各种姿势中,身体的每一个与服装有关的运动变化,根据这些运动特征进行相关的服装设计,因此,反映人体动态压力舒适性的理论模型还有待于进一步深入研究。4)评价手段比较单一,没有将主、客观包括心理、生理等多方面的研究手段综合在一起,因此,研究结论不能全面地反映人体多种多样的差异。113 服装压力舒适性的近期研究2000年至今,一些学者围绕人体和服装之间的动态接触力学机制对服装压力舒适性进行了一些探索和研究,运用弹性力学、有限元等方法,建立了相应的预测模型或三维压力模型。2002年,张欣等人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几
19、何非线性的数学模型,模拟三维女体在穿着紧身服装过程中的动态服装压力分布,数字模拟结果表明该931第3期尹 玲 等:服装压力舒适性的研究综述与剖析模型能够比较准确地预测服装穿着过程中的动态力学行为19。但是该模型假定人体为刚体,将服装看作是具有几何非线性且薄的弹性壳体,人体和服装间的接触被视为动态的不断滑移的界面,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,且人体和服装间的摩擦不计,因此,该模型不能真实模拟人体和服装之间的动态接触力学行为,尤其是人体的变形、皮肤和软组织的应力分布。2003年,李毅等人进一步建立了女体的三维生物力学模型以研究女性胸部与胸罩之间的动态力学接触,该模型
20、包括弹性胸部和刚性躯体,胸罩被认为是材料线性和几何非线性,人体和胸罩之间的接触被认为是动态滑移界面,采用有限元分析法获得了动态接触的模拟结果,并通过实例实现了该模型的模拟效果。该模拟结果与同类文献报道所测的服装压力值相比,具有很好的预测性20。这一模型与先前的模型相比,突破了刚性人体的局限,人体模型的胸部是弹性体,其他躯体部位限于刚性体,由此可以预测胸部的应力及胸部变形对胸罩的影响,但是仅限于人体特定部位的模拟。为了克服上述局限性,2004年,Yeung K W等人在三维人体几何模型的基础上,以弹性力学的薄膜大变形理论,建立了三维力学模型来描述人体及服装的动态平衡。在模型中,人体视为3层,较为
21、硬性的骨骼、较为软性的弹性软组织和皮肤。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,提出一种几何非线性的数学模型来模拟穿着过程中的动态压力分布。通过该模型模拟紧身裤穿着从脚到腰的过程,结果表明这个模型比较全面地描述了服装变形、服装压力、人体变形和由于皮肤变形导致皮肤内部压力等动态接触面的力学接触21。由于与实际穿着过程的模拟仍存在一定差距,且计算复杂,需借助功能强大的计算机来完成,所以该模型的实际应用仍然存在困难。在前述基础上,李毅等人推出纺织及服装产品的机械力学工程设计系统。主要在人体三维几何模型基础上,从织物的力学特性、人与服装动态接触过程中的力学分布等方面预测
22、服装产品的力学性能22。但未将人的生理和心理因素纳入服装的力学工程设计中,因此,全面综合地设计服装力学舒适性能的工程系统有待于进一步的深入研究。综上,近期对服装压力舒适性的研究在虚拟模型建立和综合预测分析上有优势,但是主要还集中于三维动态服装压力的分布模拟上,并且是在诸多边界条件限制的前提下,仿真性离实际应用还有一段距离,其系统的物理模型与预测模型还有待深入研究。2 服装压力舒适性研究的发展动向211 从微观的角度研究服装压力舒适性目前的研究主要针对服装穿着于人体上,由于人体外形轮廓及运动使得服装对人体产生束缚力,由此形成皮肤深层的压迫感,使穿着者感受到服装压力,这属于宏观研究。宏观研究易于从
23、主客观试验表象分析中找出服装压力与舒适性之间大致的相关关系,但难于挖掘其本质的机制,要研究开发出具有特殊功效,具备优良舒适性的服装产品,还需结合服装材料、人体皮肤及软组织的微观结构和宏观性能的关系,从分子和纳米微观结构进行研究、设计与改进,在纤维、纱线和织物结构的设计和生产工艺过程,服装结构设计、材料的选择和搭配到生产制造工艺过程中,进行服装压力舒适性的工程设计与创新。212 生理与心理学测量有机结合服装压力舒适性由人的生理、心理因素共同决定,其评价在一定程度上与被测人体的主观感受有着密切联系,但是,主观感觉评价还停留在根据个人的心理感觉对穿着服装的压力舒适感觉(如紧、松等)进行评分,这种方法
24、由于个体的差异,难以保证主观试验者本身的可信性和实现试验的可重复性,所以,主观评价一方面要加强着装试验的生理机制研究,比较着装前后人体的各项相关生理指标(如心电图、血压、皮肤温度、心率、皮肤血流量等)的差异,深入到对具体指标影响程度的定量分析以及这些影响与人体身心健康及主观舒适性的相关分析。另一方面,结合心理、物理学研究机制,测量并比较着装前后人体的各项相关心理指标(如脑电波、事发相关电位、体感诱发电位以及肌电图等),将引起服装压力的物理因素与人的生理、心理物理指标综合在一起,对服装压力舒适的感觉效果做出表达,由此获得人们对服装压力刺激形成的感觉效果的描述,这种描述是服装压力刺激引起的生理和心
25、理的综合反映。通过对评价要素的控制,可以在一定程度上排除由人的差异所产生的人为差异,使评价结果能够表达大部分人群的感觉效果。041纺织学报第29卷213 建立压力舒适指数1941年,美国人Gagge综合人体生理参数、心理感觉和环境条件,提出了通用的服装隔热值定量单位 克罗(clo)。克罗值的提出为服装热湿舒适评价提供了统一指标23,而有关着装的压力舒适性的理论基础还比较薄弱,所以有必要在前人研究的基础上,充分考虑人体(包括生理与心理)、服装及面料等诸因素的综合,构建压力舒适性指标,为研究人员研究服装力学舒适性,为生产商生产更适合于人体力学性能的功能性服装提供统一的评价指标与参考标准。214 人
26、体和服装动态接触舒适性预测系统如前所述,目前针对静态服装压研究居多,对动态压力舒适性的研究文献比较少。要进一步提高服装的舒适性与功能性,满足其力学舒适性的需求,首先必须对服装的载体 人体进行深入的研究。具体的人体因素包括人体形态特征、人体运动生物力学特征、人体生理和神经生理特征、心理因素;其次需要从分析人体的生物力学特点入手,研究人体和服装之间的动态接触力学机制,包括服装变形与人体变形幅度的关系,服装与人体之间作用力的大小及分布等;然后在二者基础上建立服装和人体间的弹性接触力学模型,研究服装和人体相互接触受压后所产生的应力和应变分布规律,最终将人的生理和心理因素纳入服装的力学工程设计中,建立基
27、于人体和服装之间的动态接触力学机制的服装力学舒适性能的预测系统。215 建立综合感觉舒适性预测体系历年来的研究发现,服装的舒适性取决于3个主要的感观因素:热湿舒适、触觉舒适和压力舒适,这3个因素决定了人们对舒适感觉评判的90%9。建立服装的综合感觉舒适性预测评价体系,需要在数字可视人的基础上,分别建立数字人体热生理模型与数字人体生物力学模型,通过计算机图像技术、热湿舒适性设计及力学功能性设计技术的集成,在服装缝合前就能对服装的舒适性及功能性进行全面的预测。完成这一综合性的工程设计,还需要进一步加强生理、心理方面的舒适性研究。人体生理方面,在人体生理特性中需要研究筛选出最能显示舒适性的特性值,并
28、开发更为简易的测定方法。心理因素领域,感觉、知觉的定量化研究将成为热点。将服装所具有的物理特性与舒适的知觉之间用数量关系表达,从而发展成为综合舒适性评价系统。3 结束语服装压力舒适性是目前服装工程学研究的热点,但现有的研究还停留在对压力舒适性的定性研究上,计算机三维压力模型的建立也是基于诸多约束条件下的简单模拟,离实际应用还有一段距离。本文通过综述前人的研究,对服装压力舒适性的研究提出了自己的构想,今后将在服装压力舒适性的定量研究及预测准确度上做进一步的探讨。FZXB参考文献:1 王晋子.青年女性内衣压力舒适性小样本研究D.北京:北京服装学院,2005.2 Hollies N R S,G ol
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38、f man with hisenvironmentJ.Science,1941,94:428-430.先进纺织材料及加工技术国际学术会议正在征集论文由浙江理工大学(先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室)与日本信州大学、日本文部科学省G lobal COE(G lobal Centers of Excellence)共同主办的“先进纺织材料及加工技术国际学术会议”将于2008年10月15日 19日在浙江省杭州市浙江理工大学举行。本次大会的主题为先进纺织材料与制备技术的研究和应用,包括:1)纤维和纺织品的先进制造技术;2)纺织品染整新技术 生态染整技术;3)技术纺织品、纺织结构复合材料和无纺布;
39、4)智能及功能纺织品和服装;5)医药用纺织品;6)纺织品 服装养护技术;7)纺织机械的提速、自动化和智能化;8)纳米技术在纤维和纺织品中的应用;9)纤维和纺织品的检测;10)其他相关内容。所有提交的论文内容要求是原创的研究结果;摘要和论文将进行预评审,被录用的论文将在会议上以口头报告或展板的形式发布;论文摘要须用英语书写;摘要于2008年6月1日前以邮寄或电子邮件方式提交;会议鼓励在上述时间前直接提交完整论文,直接提交论文的作者,不需要提交摘要。当论文摘要通过评审被录用,作者将接到通知并要求于2008年8月1日前提交完整论文,以便及时印制会议文集。未能及时提交完整论文的,将不能编入出版的会议文集。论文摘要和论文格式请点击浙江理工大学网站主页国际会议(中文、英文)。网址:。摘要及封面 论文电子版可发送至电子邮箱:mmchen ,也可邮寄摘要的CD和硬盘拷贝至以下地址:(310018)杭州下沙高教园区2号大街浙江理工大学教育部重点实验室 陈萌萌女士或刘今强先生。电话:0571-86843602,86843620。241纺织学报第29卷