Nghiên cứu xác định áp lực của quần mặc bó sát lên cơ thể người bằng phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm tt

A. THÔNG TIN CHUNG VỀ LUẬN ÁN
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN

Trong quá trình mặc, quần áo luôn gây một áp lực lên cơ thể người.
Áp lực này có thể có tác dụng chỉnh hình cơ thể, đem đến cảm giác
thoải mái tiện nghi khi mặc, tăng cường khả năng vận động, phòng
chống các bệnh giãn tĩnh mạch và hỗ trợ điều trị sau phẫu thuật nhưng
ngược lại cũng có thể đem đến cảm giác khó chịu cho người mặc nếu
giá trị áp lực vượt quá ngưỡng chịu đựng tối đa của con người. Việc xác
định áp lực của trang phục, đặc biệt là trang phục bó sát lên từng vùng cơ
thể là cơ sở cho các nhà thiết kế lựa chọn nguyên liệu, kết cấu sản phẩm,
tính toán kích thước các chi tiết phù hợp với mục đích sử dụng trang phục.
Hiện nay trên thế giới có nhiều phương pháp khác nhau để xác định
áp lực của trang phục lên cơ thể người mặc trong quá trình sử dụng.
Trong đó phương pháp mô phỏng số tính toán áp lực và phương pháp đo
trực tiếp sử dụng cảm biến lực được đề cập nghiên cứu với yêu cầu đặt
ra cần tính toán mô phỏng hình dạng bề mặt và cấu trúc cơ thể người,
mô phỏng các đặc trưng cơ học của vải - đây là dạng bài toán mô phỏng
dị hướng trực giao khá phức tạp nhưng các kết quả mô phỏng đạt được
khá chính xác, đảm bảo độ tin cậy, khách quan và khoa học. Với
phương pháp đo trực tiếp, phần lớn các hệ thống thiết bị đều sử dụng
cảm biến lực để đo áp lực của trang phục lên cơ thể người. Các cảm
biến lực được gắn trực tiếp vào giữa cơ thể người và trang phục hoặc
giữa trang phục và bề mặt ma-nơ-canh. Giá trị được hiển thị tại từng vị
trí đo, từ đó ta có thể xây dựng được biểu đồ áp lực của trang phục lên
từng vùng cơ thể người mặc…do vậy cả hai phương pháp là những vấn
đề khoa học cần được nghiên cứu nhằm cung cấp cơ sở dữ liệu quan
trọng để thiết kế sản xuất các chủng loại trang phục thông dụng và
chuyên dụng mặc bó sát cơ thể như trang phục chỉnh hình thẩm mỹ, thi đấu
thể thao, tăng khả năng hồi phục của người bệnh sau phẫu thuật, tất y khoa
phòng chống và điều trị bệnh giãn tĩnh mạch v.v...

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

Nghiên cứu xác định áp lực và áp lực tiện nghi của quần bó sát lên
cơ thể người bằng phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm ứng dụng
trong tính toán thiết kế kỹ thuật sản phẩm quần áo bó sát đảm bảo tính
tiện nghi áp lực.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

- Phần thân dưới cơ thể nữ thanh niên Việt Nam độ tuổi từ 18 đến 25
với các bộ phận đặc trưng bụng, mông, đùi.
1


- Vải dệt kim sử dụng may quần gen định hình thẩm mỹ.
- Hệ thống đo áp lực của trang phục lên cơ thể người sử dụng cảm biến
áp lực được thiết kế với các tính năng cơ bản như sau: Đầu đo sử dụng
cảm biến lực FlexiForce của hãng Tekscan Hoa Kỳ có dải đo từ 0 đến
50 mmHg; thiết bị kết nối với cổng USB máy tính qua bộ thu phát
không dây. Phần mềm cho phép hiển thị kết quả đo theo thời gian thực,
sai số kết quả đo trong khoảng 10%.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

- Mô phỏng xác định áp lực của quần mặc bó sát lên cơ thể người.
- Nghiên cứu thiết lập hệ thống đo áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể
người sử dụng cảm biến áp lực.
- Nghiên cứu thực nghiệm đo áp lực và xác định áp lực tiện nghi của
quần bó sát lên cơ thể người.
- Ứng dụng kết quả tính toán mô phỏng áp lực và kết quả thực nghiệm
xác định áp lực tiện nghi của quần bó sát lên phần thân dưới cơ thể, xây
dựng công thức tính toán kích thước thiết kế quần bó sát đảm bảo tính

tiện nghị áp lực.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN

- Xác lập được cơ sở khoa học để tiếp tục hoàn thiện phương pháp mô
phỏng số và phương pháp thực nghiệm đo áp lực của trang phục bó sát
lên cơ thể người.
- Là cơ sở khoa học để nghiên cứu chế tạo thiết bị thương mại đo áp lực
của trang phục bó sát lên cơ thể người ứng dụng trong tính toán thiết kế
và sản xuất nhóm chủng loại trang phục này đảm bảo độ vừa vặn và tính
tiện nghi trang phục, góp phần nâng cao giá trị sử dụng, hiệu quả kinh tế
và năng lực sản xuất sản phẩm may mặc đáp ứng như cầu ngày càng cao
của thị trường trong nước và xuất khẩu.
- Là một đóng góp có giá trị trong việc phát triển, gia tăng tri thức khoa
học trong lĩnh vực thiết kế trang phục ở Việt Nam.
6. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

- Đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ thiết kế ngược để xây dựng mô
hình cấu trúc 3D cơ thể người từ dữ liệu chụp cắt lớp CT và mô hình bề
mặt 3D từ dữ liệu quét 3D. Mô hình 3D kết hợp mô phỏng cấu trúc phần
đùi cơ thể người được sử dụng làm cơ sở dữ liệu đầu vào cho bài toán
mô phỏng quá trình tương tác cơ học giữa cơ thể người và quần áo trong
quá trình mặc.
- Đã nghiên cứu phương pháp mô phỏng số tính toán áp lực của quần
gen định hình thẩm mỹ lên phần đùi cơ thể đảm bảo độ chính xác, tin
cậy, khoa học và khách quan.
2


- Đã thiết lập hệ thống đo áp lực của trang phục lên cơ thể người sử
dụng cảm biến áp lực có giá thành hợp lý, thuận tiện sử dụng, có sai số

nằm trong phạm vi cho phép về đo áp lực của trang phục lên cơ thể người.
- Đã ứng dụng thành công phương pháp phần tử hữu hạn được tích hợp
trong phần mềm tính toán ABAQUS/Explicit mô phỏng xác định áp lực
của quần bó sát lên phần thân dưới cơ thể người trong quá trình mặc.
- Đã xác định áp lực tiện nghi của quần bó sát lên phần thân dưới cơ thể
người ứng dụng xây dựng công thức tính toán kích thước thiết kế quần
bó sát đảm bảo tính tiện nghị áp lực cho đối tượng nữ thanh niên Việt
Nam độ tuổi từ 18 đến 25.
VII. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN

- Xây dựng được mô hình 3D kết hợp mô phỏng bề mặt và cấu trúc
phần đùi cơ thể người gồm ba thành phần chính: da, xương và mô mềm
trên cơ sở dữ liệu quét 3D cơ thể người và dữ liệu chụp cắt lớp CT phần
thân dưới cơ thể.
- Xây dựng thành công mô hình mô phỏng tính toán áp lực của quần bó
sát lên phần thân dưới cơ thể người tạo tiền đề khoa học cho phương
pháp mô phỏng số quá trình mặc quần của con người - đây là một quá
trình tương tác cơ học động trong đó hệ tiếp xúc bao gồm bốn thành
phần (quần áo, da, mô mềm và xương) và ba bề mặt tiếp xúc (quần áo tiếp
xúc với da, da tiếp xúc với mô mềm và mô mềm tiếp xúc với xương).
- Thiết lập hệ thống đo áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người sử
dụng cảm biến lực là hệ thống đo trực tiếp áp lực của quần áo lên cơ thể
người đầu tiên tại Việt Nam để phục vụ công tác thu thập dữ liệu thực
nghiệm thiết kế kỹ thuật trong ngành May.
- Ứng dụng thành công phương pháp phần tử hữu hạn được tích hợp
trong phần mềm tính toán ABAQUS/Explicit để tính toán mô phỏng áp
lực, sự phân bố áp lực của quần bó sát lên phần đùi cơ thể người, xây
dựng phương trình tương quan giữa áp lực của quần bó sát lên cơ thể
người với độ giãn ngang của vải, xác định khả năng biến dạng kích
thước của cơ thể khi mặc quần bó sát. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

xác định áp lực tiện nghi của quần bó sát lên phần thân dưới cơ thể là cơ
sở khoa học xây dựng công thức tính toán kích thước thiết kế quần bó
sát có khả năng chỉnh hình cơ thể đảm bảo tính tiện nghi áp lực.
VIII. KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN

Luận án gồm 3 chương:
- Chương 1: Nghiên cứu tổng quan
- Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
- Chương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận
3


B. NỘI DUNG LUẬN ÁN
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
Trong phần nghiên cứu tổng quan, luận án tập trung tìm hiểu, phân
tích ưu nhược điểm của các phương pháp và thiết bị đo áp lực trang
phục lên cơ thể người như:
- Phương pháp đo trực tiếp
- Phương pháp đo gián tiếp
- Phương pháp mô phỏng
Với phương pháp đo trực tiếp, phần nhiều các trang thiết bị sử
dụng cảm biến đo áp lực để đo áp lực của quần áo lên cơ thể (các phần
tử cảm biến được chèn vào giữa cơ thể người và quần áo) [1]. Kết quả
đo được thể hiện trên màn hình máy tính. Phương pháp này có ưu điểm
cho kết quả chính xác và kết quả hiển thị trực tiếp trong khi đo, từ đó ta
có thể lập biểu đồ phân bổ áp lực quần áo trên tất cả các vùng trên cơ
thể. Nhược điểm thiết bị phức tạp, giá thành cao, đòi hỏi phải có các
cảm biến áp lực kích thước nhỏ gọn và độ nhạy cao.
Phương pháp đo gián tiếp, sử dụng các dụng cụ thiết bị đo độ
giãn của vải, lực kéo giãn và tính toán áp lực vải trên cơ sở công thức

Laplace [2]. Ưu điểm của phương pháp này là thiết bị đơn giản, dễ sử
dụng. Nhược điểm chính là việc tính toán áp lực trên cơ sở công thức
Laplace, mỗi loại trang thiết bị cần có công thức tính riêng và mất nhiều
thời gian để xác định các thông số vật liệu, thông số mô hình tính toán.
Phương pháp mô phỏng, hiện nay trên thế giới có nhiều nghiên
cứu ứng dụng máy tính trong mô phỏng áp lực của quần áo lên cơ thể
người [3,4]. Các nghiên cứu đánh giá áp lực quần áo như thế nào là phù
hợp với cơ thể người, tức là ngưỡng chịu đựng tối đa cơ thể người khi
mặc quần áo bó sát mà vẫn cảm thấy thoải mái. Về cơ bản phương pháp
này dựa trên mô phỏng vải, mô phỏng cơ thể người và mô phỏng sự
tương tác cơ học giữa quần áo và cơ thể người mặc. Kết quả áp lực quần
áo lên cơ thể người được thể hiện bằng biểu đồ màu sắc khác nhau, cũng có
thể lượng hóa được giá trị áp lực quần áo trên từng vùng cơ thể người mặc
Kết quả nghiên cứu tổng quan của các trình trong và ngoài nước
cho thấy, áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người mặc là yếu tố rất
quan trọng để đánh giá độ vừa vặn và tính tiện nghi của trang phục. Do
đó tác giả của luận án lựa chọn đề tài “Nghiên cứu xác định áp lực của
quần mặc bó sát lên cơ thể người bằng phương pháp mô phỏng số và
4


thực nghiệm”. Mục đích nghiên cứu của luận án là xác định áp lực và
áp lực tiện nghi của trang phục sát lên cơ thể người nhằm tạo tiền đề cho
việc thiết kế kỹ thuật các sản phẩm may mặc thông dụng và chuyên
dụng đảm bảo tính tiện nghi áp lực như các sản phẩm yêu cầu tạo áp lực
lên cơ thể: quần áo nâng cao thành tích thi đấu của vận động viên, tăng
khả năng hồi phục của người bệnh sau phẫu thuật, trang phục chỉnh hình
thẩm mỹ, tất nén chống giãn tĩnh mạch v.v...
Nghiên cứu này góp phần tạo ra một số loại hình sản phẩm khoa
học và công nghệ mới có hàm lượng chất xám cao, nâng cao hiệu quả

kinh tế và năng lực sản xuất cho ngành công nghiệp Dệt May Việt Nam.
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu chính của luận án là:
- Áp lực quần mặc bó sát lên cơ thể người.
- Hệ thống thực nghiệm đo áp lực quần áo mặc bó sát lên cơ thể người.
2.1.1 Cơ thể người
Đối tượng nghiên cứu của luận án là phần thân dưới cơ thể nữ thanh
niên Việt Nam có độ tuổi từ 18 đến 25, chiều cao từ 156 ÷ 161cm, vòng
ngực từ 84 ÷ 87cm, chỉ số BMI 18,5 ÷ 22.9. Các thông số kích thước cơ
bản phù hợp với cỡ 158B (86-90) theo tiêu chuẩn TCVN 5782-2009 [61].
2.1.2 Vải dệt kim sử dụng may quần mặc bó sát
Vải dệt kim là một trong những loại vải được sử dụng rộng rãi trong
may mặc, đặc biệt là các sản phẩm mặc sát cơ thể người do tính chất
quý của loại vải này như tính mềm mại, co giãn tốt, tính thoáng khí, hút
ẩm.... Trong nghiên của luận án, mẫu vải dệt kim đàn tính cao sử dụng
may quần gen định hình thẩm mỹ của hãng Uniqlo Nhật Bản được lựa
chọn để nghiên cứu. Các thông số kỹ thuật của mẫu vải như sau:
- Thành phần nguyên liệu: 92% Polyamit, 8% Spandex.
- Khối lượng: 157g/m2
- Kiểu dệt: Vải dệt kim đan dọc, sợi chun cài theo hướng dọc
được mô tả như trong hình 2.1.
- Mật độ cột vòng: 210 cột/100mm
- Mật độ hàng vòng: 200 vòng/100mm
- Số sợi chun: 210 sợi/100mm

5

(a)

(b)

Hình 2.1. Ảnh chụp cấu trúc bề mặt của vải
(a) mặt phải, (b) mặt trái.
2.1.3 Cảm biến đo áp lực của quần áo lên cơ thể người mặc
Hiện nay có nhiều phương pháp đo lực của quần áo mặc bó sát lên
cơ thể người, nhưng thông dụng nhất là phương pháp đo thực nghiệm sử
dụng cảm biến dạng áp điện trở. Cảm biến Flexiforce A201 của hãng
Tekscan Hoa Kỳ được nghiên cứu lựa chọn để thiết kế chế tạo hệ thống
đo áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người mặc. Cảm biến Flexiforce
là một cảm biến đo lực dựa trên mối quan hệ của điện trở và áp lực. Khi
cảm biến không chịu lực tác dụng, trở kháng cảm biến ở mức cao. Khi
lực tác dụng đặt lên cảm biến, giá trị trở kháng giảm. Ta có thể đọc
được giá trị trở kháng này bằng cách dùng đồng hồ đo điện để đo điện
trở giữa hai chân ngoài cùng của cảm biến. Cảm biến có kích thước nhỏ
gọn, dải đo đáp ứng được yêu cầu khảo sát áp lực của trang phục lên cơ
thể người từ 0 đến 50 mmHg [62, 63].
2.2 Nội dung nghiên cứu
2.2.1 Mô phỏng số áp lực của quần mặc bó sát lên phần đùi cơ thể người

- Xây dựng mô hình hình học phần chi dưới cơ thể người bằng phương
pháp quét 3D.
- Xây dựng mô hình cấu trúc và mô hình thuộc tính phần đùi cơ thể
người từ dữ liệu chụp cắt lớp CT và dữ liệu quét 3D cơ thể người.
- Xác định mô hình thuộc tính của vải sử dụng trong nghiên cứu.
- Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn được tích hợp trong phần
mềm tính toán ABAQUS để xây dựng bài toán mô phỏng số áp lực của
quần mặc bó sát lên phần đùi cơ thể người.

2.2.2 Nghiên cứu thiết lập hệ thống đo áp lực của quần áo bó sát lên
cơ thể người sử dụng cảm biến
- Thiết kế nguyên lý hoạt động của hệ thống đo áp lực sử dụng cảm biến
FlexiForce.
- Thiết lập hệ thống đo áp lực và phần mềm kết nối mạch xử lý với máy
tính hiển thị kết quả đo áp lực.
6


- Thiết lập bộ gá đầu đo phù hợp yêu cầu đo áp lực tại các vị trí khác
nhau trên cơ thể người mặc.
- Đánh giá kết quả thực nghiệm đo áp lực quần mặc bó sát lên cơ thể người.
- So sánh đánh giá kết quả xác định áp lực quần áo bó sát lên cơ thể
người bằng phương pháp mô phỏng tính toán với phương pháp đo thực
nghiệm sử dụng hệ thống đo bằng cảm biến FlexiForce.
2.2.3 Nghiên cứu thực nghiệm đo áp lực và xác định áp lực tiện nghi
của quần bó sát lên cơ thể người
- Nghiên cứu xác lập các điều kiện thực nghiệm đo áp lực của quần mặc
bó sát lên cơ thể người.
- Nghiên cứu xác định áp lực tiện nghi lên vùng bụng, vùng mông và
vùng đùi cơ thể người mặc.
- Xây dựng công thức tính toán kích thước thiết kế quần mặc bó sát cho
đối tượng nữ thanh niên Việt Nam đảm bảo tính tiện nghi áp lực trong
quá trình sử dụng.
2.3 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu, công trình
liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận án, phân tích đánh giá
những vấn đề đã được nghiên cứu, những vấn đề còn tồn tại từ đó xác
định hướng nghiên cứu phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam.
- Phương pháp mô phỏng số áp lực quần mặc bó sát lên cơ thể người:

+ Xây dựng mô hình 3D phần đùi cơ thể người kết hợp từ dữ liệu quét
3D cơ thể người và ảnh chụp cắt lớp CT.
+ Ứng dụng phương pháp PTHH được tích hợp trong phần mềm tính toán
ABAQUS để mô phỏng xác định áp lực quần mặc bó sát lên cơ thể người.
- Phương pháp thử nghiệm:
+ Xác định các đặc trưng cơ học của mẫu vải sử dụng may quần mặc bó sát.
+ Thu thập bộ dữ liệu quét 3D và ảnh chụp cắt lớp CT cơ thể người.
- Phương pháp thực nghiệm: Đo áp lực quần mặc bó sát lên cơ thể
người bằng thiết bị đo áp lực của tác giả và nhóm nghiên cứu chế tạo.
- Phương pháp tính toán kích thước thiết kế quần áo: Dựa trên công
thức xác định độ giãn tương đối của vải dệt kim đàn tính cao sử dụng
trong may quần mặc bó sát; Mối quan hệ tuyến tính giữa độ giãn ngang
của vải và áp lực của vải lên cơ thể người để xây dựng công thức tính
kích thước thiết kế ống quần theo khoảng giá trị áp lực tiện nghi lên
vùng đùi cơ thể người mặc.
- Phương pháp đánh giá chủ quan: Nghiên cứu tiến hành khảo sát đánh
giá cảm nhận áp lực chủ quan của 30 người mặc tại các vị trí vòng bụng,

7


vòng mông và vòng đùi sau khi mặc 5 mẫu quần gen theo thang đánh
giá các mức cảm nhận của người mặc.
- Phương pháp xử lý và phân tích số liệu thực nghiệm:
+ Sử dụng phần mềm Excel để thống kê phân tích các số liệu nhân trắc;
lựa chọn 30 đối tượng có độ lệch chuẩn SD về chiều cao, cân nặng,
vòng bụng, vòng mông, vòng đùi và chỉ số BMI phù hợp yêu cầu của
nghiên cứu. Thống kê kết quả đo và mức cảm nhận áp lực tối ưu của
quần mặc bó sát lên cơ thể người.
+ Sử dụng phần mềm SPSS 20 phân tích số liệu thống kê, xây dựng biểu

đồ xác định khoảng giá trị áp lực tối ưu lên từng vùng cơ thể người mặc.
2.3.1 Phương pháp mô phỏng số áp lực của ống quần lên phần đùi
cơ thể người
Để mô phỏng xác định áp lực quần mặc bó sát lên cơ thể người,
trước hết cần xây dựng mô hình 3D mô phỏng phần đùi thể người và
ống quần, xác định được mô hình thuộc tính cơ thể người và vải sử dụng
trong nghiên cứu. Quá trình mô phỏng được thực hiện theo lưu đồ quá
trình mô phỏng tính toán như hình 2.2.

Hình 2.2. Lưu đồ quá trình mô phỏng số áp lực quần bó sát
lên phần đùi cơ thể người.
8


2.3.1.1 Xây dựng bộ dữ liệu quét 3D và ảnh chụp cắt lớp CT phần chi
dưới cơ thể.
o Cơ sở lựa chọn số lượng đối tượng tham gia thử nghiệm
Để đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của các mẫu sử dụng trong
nghiên cứu về nhân trắc học ngành may [64], quá trình lựa chọn mẫu
được tiến hành qua các bước sau:
Bước 1: Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát nhân trắc theo phương pháp
truyền thống để lựa chọn ra 350 nữ sinh của Trường Đại học Kinh tế Kỹ
thuật Công nghiệp có kích thước cơ bản phù hợp với cỡ 158B(86-90)
theo tiêu chuẩn TCVN 5782-2009 [61].
Bước 2: Dựa vào công thức xác định cỡ mẫu (2.1), tiến hành lựa chọn
nhóm đối tượng phục vụ nghiên cứu cho luận án trong 350 nữ sinh ở
trên theo các yêu cầu cụ thể sau:
n=

t 2 * s2

(2.1)

e2

trong đó: t là độ sai số chuẩn; s là độ lệch chuẩn; e là sai số của tập hợp
Luận án chọn số lượng tối thiểu theo công thức xác định cỡ mẫu mà vẫn
đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy kết quả nghiên cứu [64]. Với mức
xác suất thường được sử dụng trong nghiên cứu nhân trắc lấy p = 95%;
độ sai số chuẩn t = 2,58; sai số của tập hợp e = 0,5; độ lệch chuẩn vòng
mông s = 0,65, nghiên cứu lựa chọn số lượng là12 đối tượng.
o Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu[65]
- Máy quét toàn thân NX- 16 3D Body Scanner của hãng [TC]² tại
phòng máy đo 3D của Viện Dệt May.
- Máy chụp cắt lớp vi tính CT hãng SIEMENS tại bệnh viện Đại học Y
Hà Nội.
o Quá trình Xây dựng bộ dữ liệu quét 3D và ảnh chụp cắt lớp CT
phần chi dưới cơ thể.
Bước 1: Tập huấn cho nhóm đối tượng tham gia nghiên cứu các yêu cầu
kỹ thuật khi đo
Bước 2: Thu thập bộ dữ liệu số hóa cơ thể người từ máy quét toàn thân 3D
Bước 3: Thu thập bộ dữ liệu ảnh chụp cắt lớp từ máy chụp cắt lớp CT
2.3.1.2 Phương pháp xây dựng mô hình 3D mô phỏng hình dạng, cấu
trúc kích thước phần đùi cơ thể người.
o Xây dựng mô hình 3D phần đùi cơ thể từ dữ liệu chụp cắt lớp CT
Với mục đích phát triển mô hình cơ sinh học phù hợp với ứng dụng
nghiên cứu trong lĩnh vực dệt may y sinh. Nghiên cứu tiến hành xây
dựng mô hình cấu trúc kết hợp dữ liệu quét 3D cơ thể người và ảnh
9

chụp cắt lớp CT, mô hình xây dựng đáp ứng được các tính chất cơ bản
như tính đồng nhất và tính thực dụng trong nghiên cứu mô phỏng số.
Quá trình được thực hiện với sự trợ giúp của phần mềm thiết kế 3D
Solidwords, đây là phần mềm được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực cơ
khí, chế tạo máy và mô phỏng tính toán, hiện đạng được dùng phổ biến
ở Việt Nam. Hình 2.5 mô tả sơ đồ khối quá trình xây dựng mô hình cấu
trúc 3D cơ thể người từ các ảnh chụp cắt lớp CT.

Hình 2.5. Sơ đồ khối quá trình xây dựng mô hình cấu trúc 3D cơ thể người.
o Xây dựng mô hình 3D chi dưới cơ thể từ dữ liệu quét 3D cơ thể
người

Hình 2.6. Lưu đồ quá trình xử lý mẫu quét [13].
10


o Xây dựng mô hình 3D kết hợp
Kết quả nghiên cứu cho thấy các mô hình 3D ứng dụng trong thiết
kế sản phẩm ngành may và khảo sát nhân trắc học thông thường ở trạng
thái đứng, ví dụ như tư thế đứng trong máy quét 3D của hãng [TC]2, mô
hình ma-nơ-canh ảo sử dụng trong thiết kế và thử sửa sản phẩm may của
các phần mềm chuyên ngành may như Opitex, Lectra 3D, Accumark VStitcher [25, 26]. Để nâng cao tính ứng dụng trong nghiên cứu và phát
triển các sản phẩm may mặc của mô hình cấu trúc 3D được xây dựng từ
bộ dữ liệu chụp cắt lớp CT trong tư thế nằm ngang (tư thế cố định khi
chụp cắt lớp CT), nghiên cứu đề xuất xây dựng mô hình kết hợp theo sơ
đồ hình 2.7.
Dữ liệu quét 3D cơ thể người định
dạng file (obj, wrl)
Xây dựng mô hình 3D bề

mặt cơ thể người

Chuyển file dữ liệu mô hình 3D
sang file định dạng IGS

- Nhập dữ liệu vào phần mềm
- Ghép xương vào mô hình 3D

Hình 2.7. Sơ đồ khối quá trình xây dựng mô hình 3D kết hợp.

2.3.1.3 Mô phỏng quá trình mặc ống quần vào phần đùi cơ thể.
a. Các giả thiết của quá trình mô phỏng
Kế thừa các giả thiết trong nghiên cứu [26, 27, 28], mô hình cơ thể
người sử dụng trong nghiên cứu bao gồm ba thành phần chính là xương,
mô mềm và da. Xương được coi là vật liệu tuyệt đối cứng và không chịu
biến dạng trong quá trình mặc, da và mô mềm được giả thiết là vật liệu
đàn hồi tuyến tính, đồng nhất và đẳng hướng. Ứng xử cơ học của da và
mô mềm được giả thiết là đàn hồi tuyến tính, dị hướng trực giao.
b. Mô hình thuộc tính cơ thể người và vải sử dụng trong nghiên cứu
Bảng 2.1. Các thông số cơ học đặc trưng của cơ thể người [24]
Thành
phần
Da
Mô mềm
Xương

Mô đun đàn
hồi (MPa)
0,15
0,06

7300

Hệ số poát - xông
(Poisson)
0,46
0,48
0,3
11

Khối lượng riêng
(tấn/mm3)
1,06×10-09
0,937×10-09
1,579×10-09


Mô hình thuộc tính cơ thể người được xác định dựa trên các kết quả
nghiên cứu đã được công bố trước đây. Các thông số cơ học đặc trưng
của xương, da và mô mềm cơ thể người được trình bày trong bảng 2.1.
2.3.2 Nghiên cứu thiết lập hệ thống đo áp lực của quần áo bó sát lên
cơ thể người sử dụng cảm biến áp lực
Để đánh giá độ tin cậy của kết quả mô phỏng tính toán, kết quả thu
được từ nghiên cứu mô phỏng sẽ được đánh giá bằng thực nghiệm. Do
trong điều kiện nghiên cứu của Việt Nam chưa có thiết bị đo áp lực của
quần áo trực tiếp trên cơ thể người mặc. Nghiên cứu tiến hành thiết lập
hệ thống đo áp lực đáp ứng các yêu cầu nội dung của luận án đặt ra. Dựa
trên các điều kiện về linh kiện, khả năng chế tạo, giá thành so với thiết
bị đồng bộ của nhà sản xuất, nghiên cứu đã phân tích ưu nhược điểm,
nguyên lý cấu tạo và hoạt động của các loại cảm biến lực sử dụng trong
đo áp lực quần áo lên cơ thể người (nội dung chi tiết được trình bày

trong phần phụ lục 1 của luận án). Nghiên cứu lựa chọn cảm biến
Flexiforce A201 để thiết kế hệ thống đo với các tính năng cơ bản như
sau: Thiết bị có dải đo đáp ứng yêu cầu khảo sát áp lực trang phục lên
cơ thể người từ 0 đến 7000 Pa (khoảng 50 mmHg); sai số trong vùng cho
phép; thiết bị kết nối với cổng USB máy tính qua bộ thu phát không dây.
Phần mềm cho phép hiển thị kết quả đo ở dạng biểu đồ và dạng hiển thị số.
2.3.3 Nghiên cứu thực nghiệm đo áp lực và xác định áp lực tiện nghi
của quần bó sát lên cơ thể người
Dựa trên kết quả mô phỏng áp lực của ống vải lên mô hình phần đùi
cơ thể người mặc theo các độ giãn khác nhau, giá trị áp lực và sự phân
bố áp lực tại các vùng trên phần đùi cơ thể người mặc được nghiên cứu
phân tích và thu thập. Các kết quả này được sử dụng làm cơ sở tham
chiếu, lượng hóa các giá trị áp lực tại các vị trí cần đo, từ đó giúp cho
quá trình đo thực nghiệm được dễ dàng và rút ngắn được thời gian đo,
tránh được sai số chủ quan của người đo như đặt cảm biến bị lệch, cơ
thể người đo chưa đúng tư thế…
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN
3.1. Kết quả mô phỏng tính toán áp lực của quần áo bó sát lên cơ
thể người
3.1.1 Kết quả xây dựng mô hình 3D kết hợp mô phỏng bề mặt và
cấu trúc phần đùi cơ thể người
3.1.1.1 Dữ liệu quét 3D cơ thể người
12


Sau khi tiến hành quét 3D 12 mẫu đã lựa chọn trong nghiên cứu,
các thông số kích thước cơ thể người được trích xuất với 185 số đo.
3.1.1.2 Dữ liệu chụp cắt lớp CT
Nghiên cứu đã thu thập bộ số liệu ảnh chụp cắt lớp CT của 12 đối
tượng trong nghiên cứu với hai định dạng File JPG và DICOM phần

thân dưới của cơ thể từ ngang eo trở xuống.
3.1.1.3 Kết quả xây dựng mô hình 3D cơ thể người
Nghiên cứu đã xây dựng thành công mô hình 3D mô phỏng hình
dạng, cấu trúc kích thước cơ thể người từ dữ liệu quét 3D và ảnh chụp
cắt lớp CT (mô hình kết hợp) như hình 3.9.

Hình 3.9. Kết quả ghép xương vào mô hình 3D xây dựng từ
dữ liệu quét 3D cơ thể người

3.1.2 Kết quả xác định mô hình thuộc tính của vải
3.1.2.1 Kết quả xác định các đặc trưng cơ bản của mẫu vải
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của vải trong nghiên cứu
Thành phần
- 92% Polyamit
- 8% Spandex

Thông số kỹ thuật của vải
Độ dày
(mm)

Khối lượng
(g/m2)

Mật độ cột
vòng/100mm

Mật độ hàng
vòng/100mm

Số sợi

chun/100mm

0.41

157

210

200

210

3.1.2.2 Kết quả xác định các đặc trưng cơ học của mẫu vải
Bảng 3.2. Các đặc trưng cơ học của mẫu vải sử trong nghiên cứu
W (tấn/mm3)
4,03×10-10

E1 (MPa)
0,3986

E2 (MPa)
0.4122

υ
0,325

G12 (MPa)
0,376

Trong đó: W khối lượng riêng, E1 và E2 mô đun đàn hồi (Young's

modulus), υ hệ số poát - xông, G12 mô đun đàn hồi cắt (Shear modulus),
T độ dày của mẫu vải.

13


3.1.3 Kết quả xây dựng mô hình mô phỏng tính toán áp lực của
quần bó sát lên phần đùi cơ thể người

Hình 3.12. Mô hình cấu trúc 3D cẳng chân xây dựng từ ảnh
chụp cắt lớp CT - (a) Mô hình da, (b) mô mềm, (c) xương.
Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, cấu trúc chân phải sử dụng
trong nghiên cứu được chia làm ba phần chính là da có độ dày 1,5 mm
[75], mô mềm và xương. Dựa trên đặc điểm nhân trắc phần đùi cơ thể
[61] để xác định vị trí 3 vòng đùi cơ bản là vòng đùi 1, vòng đùi 4 và
vòng đùi 7; khoảng cách giữa các vòng đùi là 135 mm. Căn cứ vào các
yêu cầu phân tích kết quả mô phỏng số áp lực của ống quần lên phần đùi
cơ thể theo chiều dọc và ngang, mô hình da được chia thành 7 mặt cắt
ngang, mỗi mặt cắt ngang đại diện cho một vòng đùi cơ thể người mặc;
các mặt cắt ngang cách đều nhau 45 mm như hình 3.12.
3.1.3.1 Xây dựng mô hình 3D ống quần
Ống quần có chiều dài 280 mm được xác định dựa trên kích thước
phần đùi cơ thể người mặc [61], để phục vụ cho nghiên cứu xác định sự
phân bố áp lực chiều dài ống quần được chia thành 7 vòng, khoảng cách
giữa các vòng 45 mm tương ứng với khoảng cách các vòng trên mô hình
phần đùi cơ thể người mặc. Chu vi các vòng được tính toán dựa trên cơ
sở của công thức (2.9). Nghiên cứu lựa chọn độ giãn ngang vòng ống
vải từ 10 đến 50%, đây là độ giãn thường được sử dụng trong thiết kế
quần áo bó sát [10, 50, 56].
3.1.3.2 Chia lưới mô hình

Mô hình phần tử hữu hạn sử dụng trong mô phỏng chứa 28.000
phần tử, trong đó mô hình cẳng chân chọn kiểu phần tử tuyến tính cho
da, mô mềm và xương có ký hiệu là R3D4 (tứ diện có 4 nút), có kích
thước phần tử trung bình 5 mm như trong hình 3.15 a, b, c. Mô hình
ống quần sử dụng kiểu phần tử tuyến tính có ký hiệu S4R (tứ giác có 4
nút) có kích thước trung bình 3 mm (hình 3.15d).
14


(a)

(b)

(c)

(d)

Hình 3.15. Chia lưới mô hình (a) Lưới mô hình da; (b) Lưới mô hình mô; (c)
Lưới mô hình xương; (d) Lưới mô hình vải.

3.1.3.3. Thiết lập các điều kiện biên

Hình 3.16. Điều kiện biên của xương và ống vải trong mô hình PTHH.

Trong suốt quá trình mặc, xương được cho là không bị làm biến
dạng, tất cả các nút trên bề mặt lưới của xương không bị dịch
chuyển theo các hướng trên đường biên. Cạnh trên ống quần di chuyển
theo chiều dọc từ dưới cổ chân lên trên với khoảng cách là 305 mm
trong thời gian 10 giây [14, 15], trong khi phía dưới chu vi của ống tự
do biến dạng theo hình dạng của mô hình cẳng chân được thể hiện trong

hình 3.16.
3.1.3.4. Chạy giải bài toán mô phỏng
Quá trình chạy giải bài toán mô phỏng, phân tích kết quả mô phỏng
được thực hiện nhờ phần mềm tính toán ABAQUS, nội dung chi tiết các
15

(d


bước xây dựng bài toán mô phỏng được trình bày trong phần phụ lục 2
của luận án. Kết quả thu được từ nghiên cứu mô phỏng sẽ được đánh giá
bằng thực nghiệm để xác định độ chính xác của kết quả mô phỏng.
3.1.4 Kết quả mô phỏng tính toán áp lực của quần áo mặc bó sát lên
cơ thể người
3.1.4.1 Phân bố áp lực trên bề mặt sau khi mặc

Mặt phía trước

Mặt phía sau

Mặt bên ngoài Mặt bên trong

Hình 3.17. Mô phỏng áp lực lên bề mặt đùi sau khi mặc

Quan sát trên biểu đồ màu sắc hình 3.17 ta nhận thấy áp lực lớn
nhất tại khu vực có màu xám, Áp lực điểm lớn nhất tại vị trí vòng gối
đạt được 40.9 mmHg, áp lực giảm dần từ dưới lên trên (từ vòng đùi 7
lên đến vòng đùi 1). Khu vực mặt ngoài và mặt trong của đùi cho thấy
áp lực thấp nhất. Điều này có thể giải thích do cấu trúc bề mặt và
khoảng cách giữa bề mặt da với xương đùi, áp lực thường tập trung ở

khu vực có bán kính cong lớn. Dựa vào biểu đồ màu sắc giúp các nhà
thiết kế trang phục mặc bó sát dự báo sự phân bố áp lực trên từng vùng
cơ thể người mặc, từ đó hiệu chỉnh kích thước thiết kế để tạo ra áp lực
tối ưu theo từng chức năng của trang phục.
3.1.4.2 Phân bố áp lực trên mặt cắt ngang vòng đùi
Trong thiết kế trang phục mặc bó sát cơ thể người như quần gen
định hình thẩm mỹ, tất y tế, quần áo bơi...Tính toán kích thước dựng
hình thiết kế phần ống quần dựa chủ yếu vào kích thước vòng đùi (vòng
đùi trên, vòng đùi dưới và vòng đùi giữa) [51, 52, 53]. Trong nghiên cứu
này, tác giả lựa chọn ống quần có độ giãn ngang 40% để phân tích sự
phân bố áp lực trên mặt cắt ngang vòng đùi 1, 4 và 7, kết quả được minh
họa qua biểu đồ hình 3.18, 3.19 và 3.20.

16


Áp lực (mmHG)

Vòng đùi 1
14
12
10
8
6
4
2
0
0

30

60

90

120 150 180 210 240 270 300 330 360
Góc /0

Áp lực (mmHG)

Hình 3.18. Phân bố áp lực trên mặt cắt ngang vòng đùi 1
Vòng đùi 4
14
12
10
8
6
4
2
0
0

30

60

90

120 150 180 210 240 270 300 330 360
Góc /0

Hình 3.19. Phân bố áp lực trên mặt cắt ngang vòng đùi 4
Vòng đùi 7

Áp lực (mmHG)

50
40
30
20
10
0
0

30

60

90

120 150 180 210 240 270 300 330 360
Góc /0

Hình 3.20. Phân bố áp lực trên mặt cắt ngang vòng đùi 7

17


Dựa trên các kết quả phân tích nêu trên ta nhận thấy trên cùng mặt
cắt ngang, áp lực tập trung ở khu vực có bán kính cong nhỏ hơn như cổ

chân phía trước và phía sau; bắp chân phía ngoài và phía trước.
3.1.4.3 Phân bố áp lực theo chiều dọc của đùi
Để nghiên cứu sự thay đổi áp lực theo chiều dọc của đùi với các độ
giãn khác nhau từ 10 đến 50%. Áp lực trung bình của 72 điểm đo trên mặt
cắt ngang của 7 vòng đùi được tổng hợp và tính toán và minh họa như trong
hình 3.22.
Áp lực (mmHg)

16.0
14.0

Giãn 10%
Giãn50%

Giãn 30%
Giãn 20%

12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
Vòng đùi 1 Vòng đùi 2 Vòng đùi 3 Vòng đùi 4 Vòng đùi 5 Vòng đùi 6 Vòng đùi 7

Hình 3.22. Phân bố áp lực theo chiều dọc đùi

3.1.4.4 Ứng suất tại vị trí trên bề mặt ống vải
Để mô tả ứng suất sinh ra khi ống vải bị kéo giãn trong quá trình mặc,

ứng suất tại 12 vị trí trên 3 vòng (vòng 1, vòng 2 và vòng 3) của ống vải
được lựa chọn để phân tích. Các vị trí này thuộc các phần tử ở mặt ngoài,
mặt trước, mặt trong và mặt sau của ống vải. Ứng suất sinh ra trong quá
trình mặc được thể hiện qua biểu đồ màu sắc. Ứng suất trên miệng ống vải
tăng dần trong quá trình mặc và phân bố ổn định khi ống ống quần mặc
xong vào mô hình phần đùi cơ thể. Dựa trên kết quả phân tích cho chúng ta
thấy tương tác cơ học giữa cơ thể người và quần áo trong quá trình mặc, từ
đó lựa chọn được vật liệu phù hợp để thiết kế sản phẩm đảm bảo yê cầu kỹ
thuật trong quá trình sử dụng.
3.1.4.5 Mối qua hệ giữa áp lực và độ giãn ngang của vải
Áp lực lên 7 vòng đùi theo các độ giãn ngang khác nhau được thu
thập và phân tích trên phần mềm Excel. Sau đó vẽ biểu đồ biểu thị mối
quan hệ giữa áp lực của 5 mẫu quần bó sát lên phần đùi cơ thể người
theo độ giãn ngang của vải từ 10 đến 50%. Kết quả được thể hiện trong
hình 3.25.

18


16.0

Vòng đùi 1
Vòng đùi 2
Vòng đùi 3

14.0

Áp lực (mmHg)

12.0

y = 2.628x + 1.026
R² = 0.9818

10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
Giãn 10%

Giãn 20%

Giãn 30%

Giãn 40%

Giãn 50%

Hình 3.25. Mối qua hệ giữa áp lực và độ giãn ngang của vải

Từ đây ta tìm ra quy luật ảnh hưởng của độ giãn của vải tới áp lực
của quần bó sát lên phần đùi cơ thể người mặc theo phương pháp tính
toán mô phỏng có dạng là hàm số bậc nhất, hệ số tương quan của hai đại
lượng này cao nhất đạt R2 = 0,9938 thể hiện mối tương quan chặt chẽ.
Trong đó phương trình cụ thể có dạng được trình bày trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. Hệ số tương quan giữa áp lực và độ giãn ngang của vải tại 7 vị
trí vòng đùi

3.1.4.6 Mối quan hệ giữa độ giãn ngang và độ giảm kích thước vòng đùi

Giảm kích thước Vđ (cm)

1.2

Vòng đùi 1

1.0

y = 0.124x + 0.52
R² = 0.9203
y = 0.138x + 0.1
R² = 0.979

0.8
0.6
0.4

y = 0.098x + 0.066
R² = 0.9129

0.2
0.0

Giãn 10% Giãn 20% Giãn 30% Giãn 40% Giãn 50%

Hình 3.26. Mối quan hệ giữa độ giãn ngang và độ giảm
kích thước vòng đùi sau khi mặc
19

Nghiên cứu tiến hành đánh giá khả năng định hình cơ thể trong
khoảng giá trị áp lực tiện nghi [69,70], tương đương với độ giãn ngang
của vải 30% tại 3 vị trí vòng đùi 1, vòng đùi 4 và vòng đùi 7.
Các số liệu trên bảng thống kê cho ta thấy, Vòng đùi 1 có sự thay
đổi kích thước giữa đường cong mô phỏng và đường cong biến dạng
nhiều nhất so với 2 vòng còn lại. Với độ giãn ngang 40% của ống quần,
ở độ giãn tạo ra giá trị áp lực tiện nghi [69,70] chu vi vòng đùi giảm
1.04 cm; Vòng đùi đùi 7 có độ giảm kích thước nhỏ nhất 0.47 cm. Vòng
đùi 4 có hệ số tương quan lớn nhất R2 = 0.979 thể hiện mối quan giữa
độ giãn ngang của ống vải và độ giảm kích thước của vòng đùi sau khi
mặc. Độ giãn từ 10% đến 30% cả 3 vòng đùi có độ giảm kích thước
tương đối với độ giãn ngang của vải., khi độ giãn tặng ở mức 40% và
50% thì kích thước vòng đùi giảm song không tuyến tính với độ giãn.
3.2 Kết quả thiết lập hệ thống đo áp lực của quần lên cơ thể người
Luận án đã thiết lập hệ thống thiết bị đo áp lực của trang phục lên cơ
thể người. Thiết bị gồm 4 cảm biến flexiforce A201 được kết nối với
phần mềm máy tính qua mạch khuếch đại và bộ thu phát tín hiệu không
dây được mô tả như trong hình 3.36.
3
4

2
7
6

5

1

8

Hình 3.36. Thiết bị đo áp lực của TP lên cơ thể người sử dụng
cảm biến Flexiforce.
trong đó: 1 - Cảm biến Flexiforce A201; 2 - Dây dẫn kết nối cảm biến với
mạch khuếch đại đo; 3 - Mạch khuếch đại đo; 4 - Mạch phát tín hiệu RF; 5 Nguồn điện; 6 - Mạch thu tín hiệu RF; 7 - Mạch chuyển đổi kết nối UART sang
USB; 8 - Máy tính PC.

Phần mềm của thiết bị đo cho phép người dùng theo dõi lực tác
dụng lên cảm biến theo thời gian thực, ghi chú lại thông tin này, thuận
tiện cho việc xem lại và phân tích sau này. Trong phần mềm ta có thể
hiệu chỉnh theo nhiều điểm, tùy biến giao diện hiển thị kết quả đo ở
dạng biểu đồ cột và chỉ số, lựa chọn đơn vị kết quả đo như Pa, kPa, hPa,
mmHg và gram. Tùy theo yêu cầu sử dụng mà bộ thiết bị có thể được
thiết kế với số kênh đo khác nhau (mỗi kênh là 1 cảm biến FlexiForce).
20


Hình 3.37. Giao diện phần mềm tính toán và hiển thị kết quả
•

So sánh kết quả mô phỏng và đo thực nghiệm
16.0

Kết quả mô phỏng

Kết
toánnghiệm
Kếtquả
quảtính

đo thực

Áp lực (mmHg)

14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0

VĐ1- VĐ1- VĐ1- VĐ1- VĐ4- VĐ4- VĐ4- VĐ4- VĐ7- VĐ7- VĐ7- VĐ7trước ngoài sau trong trước ngoài sau trong trước ngoài sau trong

Hình 3.41. Biểu đồ so sánh kết quả mô phỏng và đo thực nghiệm

Từ những kết quả được tổng hợp, phân tích như trong bảng 3.6 và
hình 3.21 ta thấy kết quả đo thực nghiệm có giá trị thấp hơn; có xu
hướng thay đổi tương tự như kết quả mô phỏng. Vòng đùi 7 có kết quả
đo thực nghiệm chênh lệch so với kết quả mô phỏng lớn nhất. Sai số
nhỏ nhất tính toán được là 5.5% và lớn nhất là 17.1%, sai số trung bình
giữa hai phương pháp đo là 12.6%.
Dựa trên các kết quả và phân tích nêu trên, chúng tôi tiến hành thảo
luận với kết quả đo áp lực của quần áo lên cơ thể người mặc đã công bố
trong các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước trước đây [14,15].
Có thể khẳng định phương pháp mô phỏng tính toán hoàn toàn có thể áp
dụng trong thực tế, giúp cho ta nhanh chóng dự báo, xây dựng biểu đồ
áp lực của trang phục lên từng vùng cơ thể người mặc, tiết kiệm được
thời gian và chi phí.

21


3.3 Kết quả thực nghiệm đo áp lực của quần áo mặc bó sát lên cơ
thể người
Giá trị áp lực tại các điểm tương ứng với mức độ cảm nhận theo
thang đánh giá áp lực chủ quan 1, 2 và 3 đã được chúng tôi lựa chọn để
thống kê phân tích. Phạm vi áp lực tiện nghi tại các vị trí trên cơ thể
người mặc được thể hiện trong bảng
Bảng 3.13. Khoảng giá trị áp lực tiện nghi lên các vòng cơ thể người mặc
Vị trí
Vòng bụng
Vòng mông
Vòng đùi trên
Vòng đùi dưới

Khoảng giá trị áp lực tiện nghi
4,56 đến 9,87 mmHg
6.04 đến 11,7 mmHg
3,52 đến 8,87 mmHg
4,54 đến 10,2 mmHg

Kích thước vòng bụng, vòng mông và vòng đùi sau khi mặc 5 mẫu
quần trong quá trình thí nghiệm của 30 đối tượng trong nghiên cứu được
chúng tôi xác định và tổng hợp, phân tích và tính giá trị trung bình. Do
lớp vải mỏng, ta có thể coi kích thước các vòng tại vị trí đo khi mặc
bằng với kích thước các vòng số đo cơ thể. Các thông số này được trình
bày trong bảng 3.14.
Bảng 3.14. Áp lực trung bình và độ giảm kích thước các vòng trên cơ thể

người mặc

Mẫu

M1
M2
M3
M4
M5

Vòng bụng
Độ
giảm
Áp lực
kích
(mmHg)
thước
(cm)
14,56
2,1
11,10
1,7
7,42
1.2
4,99
0,6
2,53
0,25

Vòng mông

Độ
giảm
Áp lực
kích
(mmHg)
thước
(cm)
15,27
1,9
10,23
1,2
7,07
0,7
4,62
0,4
2,76
0,2

Vòng đùi trên
Độ
giảm
Áp lực
kích
(mmHg)
thước
(cm)
15,86
1,73
10,32
1,38

8,28
1,13
5,44
0,83
3,27
0,14

Vòng đùi dưới
Độ
giảm
Áp lực
kích
(mmHg)
thước
(cm)
16,91
0,9
11,81
0,65
9,64
0,4
5,42
0,2
3,08
0

KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN
Với mục tiêu nghiên cứu xác định áp lực và áp lực tiện nghi của
quần bó sát lên cơ thể người bằng phương pháp mô phỏng số và thực
nghiệm, ứng dụng trong tính toán thiết kế kỹ thuật sản phẩm quần bó sát

đảm bảo tính tiện nghi áp lực, nội dung luận án đã tập trung giải quyết
các vấn đề bám sát mục tiêu đặt ra của luận án. Luận án đã đạt được các
kết quả sau:
22


1. Đưa ra được phương pháp xây dựng mô hình cấu trúc 3D chi
dưới cơ thể người từ dữ liệu quét 3D và ảnh chụp cắt lớp CT cơ thể
người. Mô hình 3D phần đùi bao gồm ba thành phần chính là: da, xương
và mô mềm. So sánh chu vi đường cong biên dạng đo ở 3 vị trí mặt cắt
ngang giữa hai mô hình 3D cho kết quả sai số trung bình trong khoảng
từ 5 đến 9 mm, mô hình 3D xây dựng từ dữ liệu quét 3D cơ thể người
thông thường cho kích thước lớn hơn mô hình tái tạo từ dữ liệu chụp cắt
lớp CT.
2. Bằng phương pháp thực nghiệm đã xác định được các đặc trưng
cơ học của mẫu vải sử dụng trong nghiên cứu như: khối lượng riêng W
= 4,03E-10 tấn/mm3, mô đun đàn hồi theo hướng dọc E1 = 0,3986 N/mm2
và ngang, E2 = 0.4122 N/mm2, hệ số poát – xông v =0,325, mô đun đàn
hồi trượt G12 = 0,376 N/mm2 và độ dày của mẫu vải T = 0,39 mm.
3. Đã ứng dụng thành công phương pháp phần tử hữu hạn được tích
hợp trong phần mềm tính toán ABAQUS/Explicit để mô phỏng xác định
áp lực của ống vải lên phần đùi cơ thể người trong quá trình mặc. Trong
quá trình tính toán mô phỏng, luận án đã đưa ra các giải thiết của quá
trình mô phỏng về ứng xử cơ học của cơ thể - quần áo như sau:
- Quá trình mặc quần bó sát lên phần đùi cơ thể người được coi là
một quá trình tương tác cơ học động trong đó hệ tiếp xúc bao gồm bốn
thành phần (quần áo, da, mô mềm và xương) và ba bề mặt tiếp xúc
(quần áo tiếp xúc với da, da tiếp xúc với mô mềm và mô mềm tiếp xúc
với xương).
- Về mặt vật liệu, xương được coi là vật liệu tuyệt đối cứng và

không chịu biến dạng trong quá trình mặc. Da và mô mềm được giả
thiết là vật liệu đàn hồi tuyến tính, đồng nhất và đẳng hướng. Vải dệt
kim sử dụng may quần bó sát được coi là vật liệu đàn hồi tuyến tính và
dị hướng trực giao.
- Ứng xử cơ học của vải (quần áo) với da, da với mô mềm, mô mềm
với xương được giả thiết là đàn hồi tuyến tính và dị hướng trực giao.
4. Đã thiết lập được hệ thống đo áp lực của trang phục lên cơ thể
người sử dụng cảm biến lực được thiết kế với các tính năng cơ bản như
sau: Đầu đo sử dụng cảm biến lực FlexiForce của hãng Tekscan Hoa Kỳ
có dải đo từ 0 đến 50 mmHg; thiết bị kết nối với cổng USB máy tính
qua bộ thu phát không dây. Phần mềm cho phép hiển thị kết quả đo theo
thời gian thực, sai số kết quả đo trong khoảng 10%. Hệ thống đo áp lực
chế tạo sử dụng cảm biến lực có giá thành hợp lý, thuận tiện sử dụng, có
sai số trung bình so với kết quả của phương pháp mô phỏng tại 12 vị trí

23


đo trên phần đùi là 12,6%, sai số này nằm trong phạm vi sai số cho phép
về đo áp lực của trang phục lên cơ thể người.
5. Kết quả mô phỏng tính toán được đánh giá, so sánh với kết quả
đo thực nghiệm sử dụng hệ thống đo áp lực do luận án chế tạo. Đồng
thời tiến hành phân tích, so sánh với các kết quả mô phỏng tính toán và
kết quả đo thực nghiệm áp lực của quần áo lên cơ thể người đã công bố
trong các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước trước đây. Có thể
khẳng định phương pháp mô phỏng tính toán hoàn toàn có thể áp dụng
trong thực tế, tiết kiệm được thời gian, giảm yếu tố phụ thuộc vào đối
tượng nghiên cứu, điều kiện cơ sở vật chất sử dụng trong nghiên cứu.
6. Dựa trên các kết quả mô phỏng tính toán và đo thực nghiệm,
nghiên cứu đã xây dựng phương trình tương quan giữa áp lực và độ giãn

đàn hồi của vải. Các phương trình hồi quy tuyến tính của vòng đùi 1 và
vòng đùi 4, hai vòng đùi thường được sử dụng trong tính toán thiết kế
quần mặc bó sát như sau:
Phương trình tương quan xây dựng từ kết quả mô phỏng
Yvđ1 = 1,065x + 0,545
Yvđ4 = 1,451x + 0,759

R2 = 0,9938
R2 = 0,9946

Phương trình tương quan xây dựng từ kết quả đo thực nghiệm
Yvđ1 = 0,6225x – 3,701
Yvđ4 = 0,5707x – 2,7486

R2 = 0,9865
R2 = 0,9917

Hệ số tương quan R2 của các phương trình xây dựng từ kết quả mô
phỏng tính tính toán đo thực nghiệm xấp xỉ bằng 1 thể hiện mối tương
quan chặt chẽ. Do vậy ta có thể sử dụng kết quả của một trong hai
phương pháp để tính độ giãn của vải theo khoảng giá trị áp lực tiện nghi
lên từng vùng cơ thể người.
7. Đã xác định áp lực tiện nghi của quần bó sát lên vùng bụng,
vùng mông và vùng đùi cơ thể người cụ thể: vùng bụng 4,56 đến 9,87
mmHg; vòng mông 6.04 đến 11,7 mmHg; vòng đùi trên 3,52 đến 8,87
mmHg; 4,54 đến 10,2 mmHg. Các kết quả này đã được ứng dụng để xây
dựng công thức tính toán kích thước thiết kế quần bó sát đảm bảo tính
tiện nghị áp lực cho đối tượng nữ thanh niên Việt Nam độ tuổi từ 18 đến
25. Đây được coi là những kết quả nghiên cứu quan trọng bước đầu cho
những nghiên cứu sâu hơn về tính toán thiết kế quần áo bó sát đảm bảo

tính tiện nghi trang phục nói chung và tiện nghi áp lực của trang phục
nói riêng.

24