織物接觸冷感的計(jì)算機(jī)建模研究.pdf

1、織物接觸冷暖感是人體皮膚接觸織物面料時(shí)，織物與人體皮膚發(fā)生熱量的傳遞，皮膚的溫度會(huì)升高或者降低，刺激溫度感受體，使人產(chǎn)生冷暖感覺。國(guó)內(nèi)外對(duì)織物接觸冷暖感多年來進(jìn)行了大量的研究，開發(fā)了相應(yīng)的測(cè)試與評(píng)價(jià)方法。KES-F7通過測(cè)試織物的最大熱流通量來表征織物的接觸冷暖感，HES則以測(cè)試織物的最大熱吸收能力來評(píng)價(jià)它的程度高低。此外一些學(xué)者通過建立計(jì)算機(jī)模型分析其機(jī)理。盡管前人對(duì)織物接觸冷暖感的研究較為成熟，然而這些研究集中在對(duì)一維系統(tǒng)的探討上，

2、無論模型與測(cè)試儀器，幾乎都是通過二維系統(tǒng)進(jìn)行模擬；近年少數(shù)采用三維模型探討觸感，涉及冷暖感的探討很少；而且多數(shù)研究側(cè)重于物理過程，對(duì)于生理與心理方面涉及很少。然而，現(xiàn)實(shí)中，皮膚與織物的觸碰多半是點(diǎn)接觸再擴(kuò)大到面接觸，觸摸的過程中甚至還存在著織物與皮膚的變形，接觸中的熱傳遞與力傳遞相互耦合，其復(fù)雜程度很有必要進(jìn)行三維建模研究。因此，本文提出對(duì)織物接觸冷暖感進(jìn)行三維建模。由于人們常常通過手指觸摸織物來評(píng)價(jià)織物的品質(zhì)，本文的研究針對(duì)手指-織物

3、的接觸進(jìn)行建模。
　　建模分為兩個(gè)主要部分進(jìn)行：手指-織物接觸過程的熱、力耦合的模擬以及手指的冷暖感覺模擬。第一部分又分成兩個(gè)步驟進(jìn)行：幾何建模以及采用ABAQUS進(jìn)行熱、力耦合建模。幾何建模采用三維繪圖軟件Solidworks，分別建立食指的幾何模型以及三種不同織物(棉織物、丙綸織物以及聚酰亞胺織物)的幾何模型。之后，將幾何模型導(dǎo)入到ABAQUS中，配置好熱、力學(xué)等材料屬性，初始條件以及邊界條件后，采用熱、力耦合模型計(jì)算手指-織

4、物的接觸過程。
　　第二部分的模型(手指冷熱感覺模型)是基于美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的 Zhang的局部動(dòng)態(tài)冷熱模型，針對(duì)手指-織物接觸過程時(shí)間短，接觸面積小的特點(diǎn)，忽略其公式中的體核溫度的變化以及皮膚平均溫度的變化得出的。采用Matlab編程實(shí)現(xiàn)后，根據(jù)冷暖溫度感受器位置的不同，相對(duì)應(yīng)的采集模擬結(jié)果中手指里層溫度變化數(shù)據(jù)，代入模型中，最終得到織物冷熱感覺的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果。
　　模型建立后，本文通過手指-織物接觸實(shí)驗(yàn)分別驗(yàn)證模

5、型的兩大部分。通過三塊織物(棉織物、丙綸織物以及聚酰亞胺織物)的結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)模型第一部分得出的手指接觸面以及接觸位置的織物底面的溫度的變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)完全一致，對(duì)于同一時(shí)刻的絕對(duì)值兩者略有差異(小于0.5℃的偏差)。冷暖感覺模型得出接觸瞬間冷熱感覺最強(qiáng)烈，之后趨緩。這與受試者的主觀感受也十分吻合。
　　最后本文采用模型模擬預(yù)測(cè)織物的接觸冷暖感。分別針對(duì)不同織物材料，不同的織物初始溫度，不同織物經(jīng)緯密度和不同織物厚度進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。結(jié)