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

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng
đào tạo, Viện Dệt may Da giầy và Thời trang, các thầy cô và đồng nghiệp đã tạo điều
kiện thuận lợi và đóng góp nhiều ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thành bản luận án này.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến hai Thầy hướng
dẫn khoa học, PGS.TS. Phan Thanh Thảo và PGS.TS. Đinh Văn Hải đã hết lòng
hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực
hiện luận án. Tôi xin cảm ơn gia đình và người thân đã luôn bên tôi, ủng hộ và động
viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến Ban giám hiệu Trường
Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện cho tôi được học tập và hoàn
thành luận án. Xin cảm ơn tập thể các thầy, cô giáo thuộc Khoa Công nghệ May &
Thời trang, Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp đã luôn động viên, khích lệ
trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 12 tháng 7 năm 2019

Nguyễn Quốc Toản

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan tất cả các nội dung trong luận án “Nghiên cứu xác định áp
lực của quần mặc bó sát lên cơ thể người bằng phương pháp mô phỏng số và thực
nghiệm” là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong
luận án là trung thực và chưa từng được người khác công bố trong bất kỳ công trình
khoa học nào.
Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài
liệu tham khảo đúng quy định. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 12 tháng 7 năm 2019

Thay mặt tập thể hướng dẫn

Nghiên cứu sinh

PGS.TS. Phan Thanh Thảo

Nguyễn Quốc Toản

ii


MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU
Chương 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ……………………………………...
1.1 Phương pháp mô phỏng xác định áp lực quần áo lên cơ thể người………..

1.1.1
Khái quát chung về các phương ph
lên cơ thể người …………..…………………………………………….……...
1.1.2

Mô phỏng số áp lực của quần áo lê

1.2 Phương pháp và thiết bị đo áp lực quần áo mặc bó sát lên cơ thể người
1.2.1 Các phương pháp và thiết bị đo gián tiếp ………………………….….…
1.2.2 Các phương pháp và thiết bị đo trực tiếp…………………………………
1.3 Phương pháp xác định áp lực tiện nghi và ứng dụng áp lực tiện nghi
trong thiết kế quần áo mặc bó sát .......………………………………………
1.3.1

Tính tiện nghi của quần áo …………

1.3.2

Nguyên liệu và vải dệt kim sử dụng

1.3.3
Mối quan hệ giữa độ giãn đàn hồi c
của quần áo lên cơ thể người mặc ……………………………………….
1.3.4

Phương pháp đánh giá theo cảm nh

1.3.5
Phương pháp tính kích thước thiết k
và các đặc trưng tính chất vật liệu …………………………………………...
1.4 Kết luận chương 1……………………………………………………………
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tượng nghiên cứu ………………………………………………………
2.1.1 Cơ thể người…………………………………..………………………..
2.1.2 Vải dệt kim sử dụng may quần mặc bó sát ……………………………..
2.1.3 Cảm biến đo áp lực của quần áo lên cơ thể người………………………
2.2 Nội dung nghiên cứu …………………………………………………….….

2.2.1 Mô phỏng số xác định áp lực của quần bó sát lên phần đùi cơ thể
người .

iii


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……….………………………………………………
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.………………………………………….……......
2.3 Phương pháp nghiên cứu……………………………………………..………
2.3.1 Phương pháp mô phỏng số áp lực của ống quần lên phần đùi cơ thể
người …………………………………………………………………………..
2.3.2 Nghiên cứu thiết lập hệ thống đo áp lực của quần mặc bó sát lên cơ thể
người sử dụng cảm biến lực ……….................................................................
2.3.3 Nghiên cứu thực nghiệm đo áp lực và xác định áp lực tiện nghi của
quần mặc bó sát lên cơ thể người …….…………………………………….…
2.4 Kết luận chương 2……………………………………………………..……..
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ……………………....
3.1 Kết quả mô phỏng số áp lực của quần mặc 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 ….……………………………………………………….
3.1.2 Kết quả xác định mô hình thuộc tính cơ học của vải ……………………
3.1.3 Kết quả xây dựng mô hình mô phỏng số áp lực của quần mặc bó sát lên
phần đùi cơ thể người …………………………………………..………………
3.1.4 Kết quả mô phỏng số áp lực lên phần đùi cơ thể …………………………....
3.2 Kết quả thiết lập hệ thống đo áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người
3.2.1 Kết quả thiết lập hệ thống đo áp lực của quần áo mặc bó sát lên cơ thể
người sử dụng cảm biến FlexiForce…………………..……………...…….…..
3.2.2 Đánh giá kết quả đo của hệ thống đo áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể

người ………………………………………………………………………..….
3.2.3 Thiết lập bộ gá đầu đo……………………………………………..……...
3.2.4 Đo thử nghiệm và so sánh kết quả đo với phương pháp mô phỏng số……
3.2.5 Đo thử nghiệm và so sánh với phương pháp tính toán theo công thức..….
3.3 Kết quả thực nghiệm đo áp lực và áp lực tiện nghi của quần áo mặc bó
sát lên cơ thể người………………………………………………………………
3.3.1 Thông số kích thước cơ thể đối tượng sử dụng trong nghiên cứu……….
3.3.2 Thông số kích thước quần gen sử dụng trong nghiên cứu………………..
3.3.3 Kết quả xác định áp lực của quần áo lên cơ thể người mặc………….….
3.3.4 Kết quả xác định áp lực tiện nghi lên từng vùng cơ thể người mặc……..
3.3.5 Kết quả xác định khả năng định hình tạo dáng cơ thể của 5 mẫu ống

iv


quần gen sử dụng trong nghiên cứu……………………………………………
3.3.6 Kết quả xây dựng công thức tính kích thước thiết kế quần áo mặc bó sát
theo giá trị áp lực tiện nghi trên từng vùng cơ thể người mặc………………….
3.4 Kết luận chương 3…………………….………………………………………
KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
2D:

Hai chiều

3D:

Ba chiều

BMI:

Chỉ số khối cơ thể

CT:

Computed Tomography - Chụp cắt lớp vi tính

CAD:

Computer aided design - Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính

PTHH Phần tử hữu hạn
P:

Áp lực

F:

Lực

R:

Bán kính cong

G0:Chu vi băng vải
Ϭ:Ứng suất
a, bHệ số giãn hồi quy
E:

Mô đun đàn hồi

v:

Tỉ số Poisson

k:

Độ giãn tương đối

S:

Chu vi vòng ống sau khi mặc

M:

Chu vi ban đầu của ống vải

J:

Số mẫu ống quần sử dụng trong nghiên cứu.

Rs:Điện trở cảm biến
Rf:Điện trở phản hồi

Vin:Điện áp đầu vào
Vout:Điện áp đầu ra

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Đặc trưng thông số của xương và mô mềm…………………………….…
Bảng 1.2. Thông số đàn hồi hồi của da sử dụng máy đo đàn hồi……………….…..
Bảng 1.3. Hệ số ma sát của da tại 6 điểm giải phẫu …………………………….…..
Bảng 1.4. Hệ số ma sát của da với 6 loại nguyên liệu dệt …………………….…….
Bảng 1.5. Đặc trưng tính chất cơ học của nguyên liệu sử dụng trong mô hình tất nén
…………………………………………………………………..……….....……………

Bảng 1.6. Đặc trưng tính chất cơ học của nguyên liệu sử dụng trong mô hình tất
nén…………………………………………………………………………………...
………..
Bảng 1.7. Tính chất cơ học của hai mẫu vải dệt kim……………………………....…
Bảng 1.8. Các loại sợi sử dụng làm tất chữa bệnh giãn tĩnh mạch…………....…...
Bảng 1.9. Thành phần nguyên liệu sử dụng may quần ………………………..…….
Bảng 1.10. Thành phần nguyên liệu các loại vải sử dụng may quần bó sát…..….
Bảng 1.11. Các phương trình hồi quy và hệ số tương quan của các mẫu vải trong
các nghiên cứu………………………………………………………………………………
Bảng 1.12. Các phương trình hồi quy và hệ số tương quan của các mẫu vải trong
các nghiên cứu……………………………………………………………..….……………
Bảng 1.13. Chức năng tất nén sử dụng trong nghiên cứu........................................
Bảng 1.14. Giá trị áp lực của quần áo bó sát mà người mặc vẫn cảm thấy thoải
mái……………………………………………………………….……………………....…..

Bảng 1.15. Giá trị áp lực của quần áo bó sát mà người mặc vẫn cảm thấy thoải

mái……………………………………………………………………………………..….
…..
Bảng 1.16. Lượng dư cử động quần áo bó sát (trang phục nữ)……………..………
Bảng 2.1. Các đặc trưng thông số học của cơ thể người..........................................
Bảng 2.2. Các thông số đặc trưng cảm biến. …………………………………..………
Bảng 2.3 Ký hiệu các vị trí đo.................................................................................
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của vải trong nghiên cứu………………….
Bảng 3.2. Các đặc trưng cơ học của mẫu vải sử trong nghiên cứu…………….…..
Bảng 3.3. Kích thước ống quần theo độ giãn ngang từ 10 đến 50% của vải…..….
Bảng 3.4. Giá trị áp lực trung bình của 72 điểm đo trên mặt cắt ngang của 7
vòng đùi………………………………………………………………………………………
Bảng 3.5. Ứng suất tại 12 vị trí trên vòng ống 1,4 và 7……………………………….
Bảng 3.6. Hệ số tương quan giữa áp lực và độ giãn ngang của vải tại 7 vị trí
vòng đùi ……………………………………………………………………………………..
Bảng 3.7. So sánh chu vi vòng đùi đường mô phỏng và đường biến dạng sau khi

vii


16
16
17
17
17
17
18
29
29
30
32

32
34
34
35
36
49
53
58
70
71
72
77
79
81


mặc................................................................................................................................................................... 82
Bảng 3.8. Giá trị áp theo phương pháp mô phỏng và thực nghiệm........................................ 91
Bảng 3.9. Độ lệch chuẩn SD về chiều cao, cân nặng, vòng ngực, vòng mông và
chỉ số BMI của 30 đối tượng trong nghiên cứu............................................................................... 93
Bảng 3.10. Kích thước của 5 mẫu quần và độ giãn ngang sau khi mặc ở tư thế
đứng thẳng (tư thế P1 như trong hình 2.25)..................................................................................... 93
Bảng 3.11. Áp lực trung bình và độ lệch chuẩn SD của 5 mẫu quần lên các phần
trên cơ thể người mặc trong 8 tư thế vận động cơ bản................................................................. 94
Bảng 3.12. Phân vị và các giá trị áp lực tương ứng..................................................................... 97
Bảng 3.13. Khoảng giá trị áp lực tiện nghi lên các vòng cơ thể người mặc....................... 97
Bảng 3.14. Áp lực trung bình và độ giảm kích thước các vòng trên cơ thể người
mặc................................................................................................................................................................... 97
Bảng 3.15. Mối quan hệ giữa áp lực lên bề mặt cơ thể người và độ giãn của ống
vải...................................................................................................................................................................... 99

Bảng 3.16. Độ giãn k tương ứng với khoảng giá trị áp lực tiện nghi lên vùng đùi
cơ thể…………………………………………………………………………………...……

99

Bảng 3.17. Kích thước ống quần tính theo độ giãn k………………………….……….

99

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Hệ thống tiếp xúc giữa cơ thể người và quần áo....................................................... 8
Hình 1.2. Mô hình đo áp lực trang phục………………………………...…………...

11

Hình 1.3. Bản vẽ thiết kế mô hình phần đùi cơ thể người…………...…………..…

12

Hình 1.4. Mô hình hóa 3D cơ thể người bằng các bản vá …………………….…..

12

Hình 1.5. Quá trình xây dựng bề mặt, làm mịn hóa bề mặt từ dữ liệu
quét 3D cơ thể người................................................................................................................................ 13
Hình 1.6. (a) hình ảnh chụp cộng hưởng từ MRI với 2mm/lớp cắt, (b) hình ảnh
chụp mặt cắt xương và các lớp mô mềm, (c) mô phỏng cấu trúc xương và mô

mềm……………………………………………………………………………….

13

Hình 1.7. Mô hình 3D cẳng chân xây dựng từ ảnh chúp cắt lớp CT ………......….

14

Hình 1.8. Quá trình xây dựng hình trải từ 3D sang 2D............................................................. 14
Hình 1.9. Mô phỏng quá trình mặc quần áo ………………………………………….

15

Hình 1.10. Cấu trúc mô hình 3D tất nén trong Abaqus (a) Kích thước mẫu; (b)
Phân đoạn tất nén ……………………………………………………..………….….…..

15

Hình 1.11. Tính toán áp lực của quần áo bằng phần mềm ANSYS..……..…..……

18

Hình 1.12. Tính toán áp lực của quần áo lên cơ thể người bằng phần mềm
ABAQUS ……………………………………………………………..……….…..……….

19

Hình 1.13. Biểu đồ phân bố sức căng …………………………...……..……..……...

19

Hình 1.14. Biểu đồ phân bố áp lực ……………………………...………………..…..

19

Hình 1.15. Mô phỏng sự phân bố áp lực trên mặt cắt ngang vùng mắt cá chân ..

20

Hình 1.16. Phân bố áp lực đo tại bốn mặt của khu vực mắt cá chân …..………..

20

Hình 1.17. Mô phỏng sự phân bổ áp lực trên mặt cắt ngang vùng bắp chân…….

20

Hình 1.18. Phân phối áp lực đo tại bốn mặt của mặt cắt ngang vùng bắp chân…

20

Hình 1.19. (a) Phân bố áp lực trên mặt cắt ngang vòng cổ chân, (b) Chuyển vị
của 72 điểm trên mặt cắt ngang vòng cổ chân ……………………..………….……..

21

Hình 1.20. Áp lực áo lên cơ thể người được thể hiện qua biểu đồ màu sắc…...…

21

Hình 1.21. Áp lực lên bề mặt dưới sức căng T ……………………………………….

22

Hình 1.22. Mô hình áp lực lên hình trụ ……………………………………………….

22

Hình 1.23. Mô hình tính toán tổng quát áp lực của quần áo lên cơ thể người

23

Hình 1.24. Băng vải và đo giá trị kéo giãn băng vải ……………………..…….…..

25

ix


Hình 1.25. Đo áp lực của tất chân lên cơ thể người ……………………..……..…..

25

Hình 1.26. Mô hình thiết bị đo áp lực băng nén…………………………...……..…..

25

Hình 1.27. Hệ thống đo áp lực (Flexiforce system) của hãng Tekscan……...….…

25

Hình 1.28. Thiết bị đo áp lực vải lên bề mặt sử dụng nguyên lý khí nén............................. 26
Hình 1.29. Cấu trúc sợi lõi Elastis…………………………………………………......

28

Hình 1.30. Đặc điểm hình dáng mẫu quần chỉnh hình tạo dáng cơ thể…………..

29

Hình 1.31. (a) vải dệt kim đan ngang, (b) vải dệt kim đan dọc…………………..…

30

Hình 1.32. Kiểu dệt cài sợi phụ ……………………………………………….………..

31

Hình 1.33. Hình Elip có bán kính a = 20cm, b = 13cm …………………..………...

37

Hình 1.34. Bán kính cong e lip có giá trị trong khoảng (8,6 ÷ 30,7 cm)……….…

38

Hình 2.1. Ảnh chụp cấu trúc bề mặt của vải - (a) mặt phải, (b) mặt trái………….

41

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

44

Hình 2.3. Dữ liệu quét 3D cơ thể người........................................................................................... 45
Hình 2.4. Ảnh chụp cắt lớp CT............................................................................................................ 46
Hình 2.5. Sơ đồ khối quá trình tái tạo mô hình cấu trúc 3D cơ thể người.........................47
Hình 2.6. Lưu đồ quá trình xử lý mẫu quét

47

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

48

Hình 2.8. Biểu đồ lực kéo - chuyển vị của các mẫu vải ……………………….…….

50

Hình 2.9. Cảm biến Flexiforce A201……………………………………………..…….

52

Hình 2.10. Sơ đồ khối chức năng……………………………………………………….

53

Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý mạch đo…………………………………………………...

53

Hình 2.12. Lưu đồ thuật toán chương trình………………………………...…………

55

Hình 2.13. Đặc điểm hình dáng sản phẩm…………………………………………….

57

Hình 2.14. Các tư thế vận động cơ bản………………………………………………..

58

Hình 2.15. Xác định vị trí đo áp lực……………………………………………………

58

Hình 2.16. Các bước thực hiện trong quá trình đo…………………………………..

59

Hình 2.17. Thang đánh giá áp lực chủ quan………………………………………….

60

Hình 3.1. Mặt phẳng chiếu trong không gian 3 chiều................................................................. 64
Hình 3.2. Sắp xếp các lát cắt song song để tạo thành khối dữ liệu....................................... 65
Hình 3.3. Trích biên dạng và hiệu chỉnh đường đường cong biên dạng từ các
nút điều khiển.............................................................................................................................................. 65

x


Hình 3.4 Quá trình xây dựng lại bề mặt từ các đường viền..................................
Hình 3.5. (a) mô hình lưới bề mặt;(b) mô hình cấu trúc xương đùi; (c) mô hình
phần đùi cơ thể........................................................................................................
Hình 3.6. Mô hình 3D chi dưới cơ thể nữ sinh được tái tạo từ dữ liệu quét 3D và
phần mềm Rapid Form……………………………………………………………….

Hình 3.7. Mô hình xương và chân……………………………………………………...
Hình 3.8. Điều chỉnh mô hình chi dưới về cùng tọa độ và góc nghiêng của xương
Hình 3.9. Kết quả ghép xương vào mô hình 3D xây dựng từ dữ liệu quét 3D cơ
thể
người……………………………………………………………………………………
Hình 3.10. Vị trí so sánh kích thước và biên dạng giữa hai mô hình 3D được tái
tạo từ dữ liệu chụp cắt lớp và quét 3D của cùng một đối
tượng……………………
Hình 3.11. So sánh 3 mặt cắt ngang của hai mô hình
3D…………………………..
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……………………………………….............
Hình 3.13. Mô hình 3D ống quần sử dụng trong nghiên cứu…………………...…
Hình 3.14. Hình dạng mặt cắt ngang vòng đùi 1..................................................
Hình 3.15. Chia lưới mô hình.................................................................................
Hình 3.16. Điều kiện biên của xương và ống vải trong mô hình PTHH................
Hình 3.17. Mô phỏng áp lực lên bề mặt đùi sau khi mặc …………………………..
Hình 3.18. Phân bố áp lực trên mặt cắt ngang vòng đùi 1 …………………………
Hình 3.19. Phân bố áp lực trên mặt cắt ngang vòng đùi 4 …………………………
Hình 3.20. Phân bố áp lực trên mặt cắt ngang vòng đùi 7………………………….

Hình 3.21. Mặt cắt ngang của 7 vòng đùi …………………………………………….
Hình 3.22. Phân bố áp lực theo chiều dọc đùi………………………………………..
Hình 3.23. Ứng suất sinh ra ttrên bề mặt ống vải trong quá trình mặc…………...
Hình 3.24. Ứng suất tại 12 vị trí trên 3 vòng ống……………………………………
Hình 3.25. Mối qua hệ giữa áp lực và độ giãn ngang của vải……………………..
Hình 3.26. Mối quan hệ giữa độ giãn ngang và độ giảm kích thước vòng đùi
sau
khi
mặc……………………………………………………………………………………..
Hình 3.27. Biên dạng mặt cắt ngang vòng đùi………………………………………..
Hình 3.28. Chuyển vị theo hướng kính các điểm trên mặt cắt ngang vòng đùi
với
độ giãn ngang 30%.................................................................................................

xi


66
66
67
67
68
68
69
69
71
72
73
73
74

75
75
76
76
77
78
79
80
81
82
83
84


Hình 3.29. So sánh biên dạng mặt cắt ngang vòng đùi 1 giữa đường mô phỏng
và đường sau biến dạng..........................................................................................
Hình 3.30. Phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang vòng đùi 1……………….
………
Hình 3.31. Biểu đồ phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang vòng đùi 1……………..
Hình 3.32. Phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang vòng đùi
4……………………….
Hình 3.33. Biểu đồ phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang vòng đùi 4……………..
Hình 3.34. Phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang vòng đùi
7……………………….
Hình 3.35. Biểu đồ phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang vòng đùi 7……………..
Hình 3.36. Thiết bị đo áp lực của trang phục lên cơ thể người sử dụng cảm biến
Flexiforce………………………………………………………………………………….

85
85

86
86
86
87
87
88
89
89

Hình 3.37. Giao diện phần mềm tính toán và hiển thị kết quả……………………..
Hình 3.38. Biểu đồ xác định sai số kết quả đo.………………………………………
Hình 3.39. Độ trôi kết quả đo ở mức tải trọng (50, 100, 200, 300 và 400 g)
trong khoảng thời gian 10 phút…………………………………………………………

90
90
91

Hình 3.40. Thiết lập bộ đồ gá đầu đo…………………………………………………..

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

92

Hình 3.42. Biểu đồ so sánh kết quả đo bằng thực nghiệm và theo phương pháp
tính toán ……………………………………………………………………………...
…….

94

Hình 3.43. Áp lực trung bình lớn nhất lên các phần khác nhau của cơ thể người
mặc..........................................................................................................................
Hình 3.44. Thống kê tần suất các mức cảm nhận chủ quan áp lực tại các vị trí
trên cơ thể người
mặc..............................................................................................

95
95
96

Hình 3.45. Thống kê tần suất các mức cảm nhận chủ quan áp lực của 5 mẫu
ống quần..................................................................................................................

98

Hình 3.46. Biểu đồ áp lực tiện nghi theo mức 1, 2 và 3 tại các vị trí trên cơ thể
người mặc................................................................................................................

98

Hình 3.47. Biểu đồ tương quan giữa độ giãn và áp lực của vải lên bề mặt cơ thể
người tại vi trí vòng đùi
1........................................................................................
Hình 3.48. Biểu đồ tương quan giữa độ giãn và áp lực của vải lên bề mặt cơ thể
người tại vi trí vòng đùi
4........................................................................................
xii

MỞ ĐẦU
Trong những năm qua ngành Dệt May đã và đang có những bước phát triển
vượt xa khỏi những quan điểm sản xuất thông thường, những tiến bộ khoa học kỹ
thuật, công nghệ mới được áp dụng rộng rãi trong sản xuất đã mang lại cho người tiêu
dùng và xã hội nhiều sản phẩm tốt về chất lượng, đa dạng về chủng loại, đáp ứng nhu
cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Việc nghiên cứu sản xuất quần áo có hiệu năng
cao sử dụng trong môi trường đặc biệt được một số nhà khoa học nghiên cứu như quần
áo có tính chống thấm, kháng khuẩn; quần áo sử dụng trong môi trường có nhiệt độ
cao… Bên cạnh đó chúng ta còn thiếu nhiều công trình nghiên cứu khoa học về sản
phẩm may sử dụng trong lĩnh vực y tế, thể thao và chỉnh hình thẩm mỹ vv…
Do đặc điểm và yêu cầu sử dụng, các sản phẩm quần áo bó sát nếu mặc bó sát
quá sẽ gây ra tác động không tốt cho sức khỏe, giảm khả năng vận động của người sử
dụng, tuy nhiên mặc rộng quá sẽ làm mất đi tính thẩm mỹ, chức năng sử dụng, khả
năng chỉnh hình thẩm mỹ hoặc khả năng tạo áp lực của sản phẩm quần áo trong một số
lĩnh vực như y tế, thể thao, thẩm mỹ vv…
Áp lực của trang phục 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 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 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, tăng hiệu quả kinh tế và năng lực sản xuất hàng
nội địa cho ngành công nghiệp Dệt May Việt Nam.
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 áp lực và phương pháp đo trực tiếp sử dụng cảm biến lực được đề cập nghiên
cứu với yêu cầu đặt ra cần mô phỏng hình dạng bề mặt và cấu trúc cơ thể người, mô

1


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 mặc bó
sát cơ thể và đặc biệt là thiết kế sản xuất các trang phục chuyên dụng 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 mặc bó sát lên cơ thể
người bằng phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm, ứng dụng tính toán kích thước
thiết kế kỹ thuật sản phẩm quần 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.
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 4,4 N; 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 số 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 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 mô phỏng số áp lực và kết quả thực nghiệm xác định áp lực
tiện nghi của quần bó sát lên phần thân dưới cơ thể để 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

2


sản phẩm may mặc đáp ứng như cầu ngày càng cao của người tiêu dung Việt
Nam.
-

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 kết hợp 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 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.
Đã thiết lập hệ thống đo áp lực của trang phục lên cơ thể người sử dụng cảm
biến lực có giá thành hợp lý, thuận tiện sử dụng, có sai số nằm trong phạm vi
sai số 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 quá trình mô phỏng số
quá trình mặc quần của con người 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 bề
mặt tiếp xúc gồm ba bề mặt (giữa quần áo với da, da với mô mềm và mô mềm
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

3


thiết kế quần bó sát có khả năng chỉnh hình cơ thể đảm bảo tính tiện nghi áp lực
trang phục.
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

4


CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1 Phương pháp mô phỏng xác định áp lực quần áo lên cơ thể
người
1.1.1 Khái quát chung về các phương pháp xác định áp lực của quần áo
bó sát lên cơ thể người
Để xác định áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người mặc, có thể sử dụng các
phương pháp sau:
-

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.
1.1.2 Mô phỏng số áp lực của quần áo lên cơ thể người
1.1.2.1 Vai trò của việc mô phỏng số áp lực quần áo lên cơ thể người
Mô phỏng ngày càng phát triển rộng trên thế giới bởi nó có nhiều ưu điểm như:
giúp tiết kiệm thời gian và kinh phí trong quá trình xác định áp lực quần áo lên cơ thể
người. Mô phỏng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học như: toán, vật
lý, cơ khí, năng lượng nhiệt, tự động hóa, điều khiển, công nghệ thông tin… Đây là
công cụ đa dạng, linh hoạt và đặc biệt hiệu quả trong thiết kế, chế tạo sản phẩm,
nghiên cứu thử nghiệm, nghiên cứu hoạt động, tối ưu hóa mô hình…
Ứng dụng mô phỏng vào việc xác định áp lực quần áo lên cơ thể người có thể
đem lại những lợi ích cụ thể như sau:

5


+ Dễ dàng thay đổi cấu trúc của mô hình, thông số mô hình, cho kết quả chính

xác với sai số cho phép và thể hiện rõ được sự phân bố áp lực trên từng vùng cơ thể

người mặc.
+ Dựa trên các thông số đầu vào của bài toán mô phỏng như các đặc trưng cơ
học của vải để dự báo tính chất vật liệu, tối ưu hóa quá trình thiết kế sản phẩm.
+ Giảm yếu tố phụ thuộc vào đối tượng nghiên cứu, điều kiện cơ sở vật chất sử

dụng trong nghiên cứu.
+ Giúp chúng ta hiểu được quá trình tương tác cơ học giữa cơ thể người và

quần áo, các yếu tố ảnh hưởng đến áp lực quần áo lên cơ thể người.
1.1.2.2 Lý thuyết chung về mô phỏng số
o Một số khái niệm
Khi nghiên cứu một đối tượng, có hai cách có thể được sử dụng là nghiên cứu
trên đối tượng thực và nghiên cứu trên mô hình thay thế của nó [5]. Các nghiên cứu
trên đối tượng thực mang lại kết quả trung thực và khách quan. Tuy nhiên, trong một
số trường hợp, khi nghiên cứu trên đối tượng thực đòi hỏi nhiều thời gian, chi phí, khó
thực hiện hoặc không thực hiện được thì phương pháp tốt nhất và thuận tiện nhất là
nghiên cứu trên mô hình của nó.
Mô hình hóa là một phương pháp khoa học để nghiên cứu đối tượng bằng cách
thay thế đối tượng gốc bằng một mô hình để nhằm thu nhận các thông tin về đối tượng
bằng cách tiến hành các thực nghiệm, tính toán trên mô hình [5].
Trước đây, để mô hình hóa đối tượng nghiên cứu ta thường sử dụng phương
pháp giải tích. Khi sử dụng phương pháp này, thường phải đưa ra nhiều giả thiết đơn
giản hóa mô hình do đó các kết quả nghiên cứu tuy có tính rõ ràng, tổng quát nhưng
chúng có độ chính xác không cao. Ngày nay, bên cạnh phương pháp giải tích, phương
pháp mô phỏng được phát triển và ứng dụng rộng rãi. Đây là phương pháp mô hình
hóa dựa trên việc xây dựng mô hình số và dùng phương pháp số để tìm các lời giải,
máy tính là công cụ hữu hiệu để thực hiện việc mô phỏng đối tượng nghiên cứu [5].
phương pháp mô phỏng cho phép đưa vào mô hình nhiều yếu tố gần sát với thực tế nên
các kết quả thu được có độ chính xác cao. Nhờ sự phát triển mạnh của công nghệ máy
tính, phương pháp mô phỏng đã được ứng dụng để nghiên cứu các đối tượng phức tạp

như các hệ thống lớn, các hệ thống có các thông số biến thiên theo thời gian đem lại
hiệu quả to lớn trong nghiên cứu khoa học và thực tiễn sản xuất…
Các mô hình nghiên cứu được xây dựng dựa trên phương pháp mô phỏng gọi là
mô hình mô phỏng. Mô hình mô phỏng được xây dựng phải đảm bảo hai tính chất cơ
bản là đồng nhất với đối tượng thực mà nó phản ánh theo những tiêu chuẩn định trước
và có khả năng sử dụng để nghiên cứu đối tượng. Để nghiên cứu mô phỏng một đối
tượng, thông thường ta cần thực hiện các nội dung sau [5, 6]:
- Xác định mục tiêu mô phỏng và đối tượng mô phỏng.
- Xây dựng hệ phương trình mô phỏng thể hiện các quá trình xảy ra bên trong

đối ttượng.

6


- Lựa chọn ngôn ngữ, công cụ, phần mềm để tiến hành xây dựng mô hình mô
phỏng. Thiết lập các điều kiện biên, điều kiện ban đầu của mô hình mô phỏng.
- Chạy mô phỏng, kiểm chứng mô hình mô phỏng từ đó hợp thức hóa mô hình
mô phỏng.
- Xử lý kết quả mô phỏng để sử dụng.

Mô phỏng được ứng dụng rộng rãi trong cả quá trình thiết kế, xây dựng và hoạt
động của đối tượng cần nghiên cứu. Ở giai đoạn thiết kế, mô phỏng giúp người thiết kế
lựa chọn cấu trúc, các thông số của đối tượng nghiên cứu. Ở giai đoạn chế tạo, mô
phỏng giúp cho việc lựa chọn vật liệu và công nghệ chế tạo. Ở giai đoạn vận hành, mô
phỏng giúp cho người điều khiển tính toán, dự đoán các trạng thái của đối tượng và
giải các bài toán điều khiển tối ưu. Do đó, phương pháp nghiên cứu mô phỏng ngày
càng được ứng dụng rộng rãi. Khi tiến hành mô phỏng chúng ta phải xây dựng mô
hình mô phỏng trên máy tính. Mô hình mô phỏng là tập hợp các chương trình chạy
trên máy tính gọi là phần mềm mô phỏng. Khi mô phỏng một đối tượng đơn giản,

những chương trình này có thể được viết bằng các ngôn ngữ lập trình thông dụng như
PASCAL, C++ hay VISUAL BASIC… Khi mô phỏng một đối tượng phức tạp, việc viết
các chương trình mô phỏng như trên gặp rất nhiều khó khăn và mất thời gian. Trong thực
tế, người ta phát triển nhiều phần mềm mô phỏng chuyên dụng cho từng lĩnh vực khoa
học. Các phần mềm mô phỏng chuyên dụng này thông thường bao gồm nhiều mô
- đun tính toán chuẩn, người sử dụng chỉ cần lựa chọn các mô - đun tính toán, nạp các
thông số cần thiết, nối các mô - đun theo một logic định trước, tiến hành chạy mô
phỏng và tính toán, xử lý các kết quả. Các phần mềm mô phỏng chuyên dụng ngày
càng phát triển và được sử dụng phổ biến do nó có nhiều ưu điểm như: thời gian xây
dựng mô hình mô phỏng ngắn; dễ dàng thay đổi cấu trúc và thông số của mô hình; dễ
gỡ rối, sửa chữa sai sót; các kết quả được xử lý tốt, thuận tiện cho việc sử dụng [5, 6].
o Ưu nhược điểm của phương pháp mô phỏng
Bên cạnh các ưu điểm được nói đến ở trên, phương pháp mô phỏng cũng có
những nhược điểm như: đòi hỏi máy tính, phần mềm chuyên dụng, đòi hỏi cao về việc
phân tích dữ liệu để xử lý kết quả mô phỏng. Đặc biệt, phương pháp mô phỏng chỉ cho
lời giải của từng bước tính, mỗi bước tính ứng với một điều kiện nhất định của mô
hình, do vậy muốn có kết quả chính xác phải tăng số bước tính lên đủ lớn (theo lý
thuyết là vô cùng lớn).
Một trong những vấn đề khó khăn nhất mà mô phỏng phải đối mặt là xác định
xem mô hình mô phỏng có phản ánh đúng bản chất của hệ thống thực không hay nói
cách khác là kiểm chứng và hợp thức hóa mô hình mô phỏng [5, 6]. Kiểm chứng là
chứng minh kết quả mô phỏng phù hợp với nguồn dữ liệu khác đã được thừa nhận.
Hợp thức hóa là chứng minh mô hình mô phỏng đã xây dựng mô phỏng được bản chất
các hiện tượng trong hệ thống thực giúp con người có hiểu biết sâu hơn về hiện tượng,
là cơ sở cho các nghiên cứu hệ thống. Có nhiều phương pháp để kiểm chứng và hợp
thức hóa mô hình nhưng phương pháp tốt nhất là đánh giá mức độ phù hợp giữa dữ
liệu đầu ra của mô phỏng với dữ liệu đầu ra của hệ thống thực [6]. Do đó thông thường
một số kết quả thu được từ nghiên cứu mô phỏng sẽ được đánh giá bằng thực nghiệm.

7

1.1.2.3 Mô hình mô phỏng xác định áp lực quần áo quần áo mặc bó sát lên cơ
thể người
Nghiên cứu quá trình tương tác cơ học giữa cơ thể người và quần áo [7, 8] tác
giả và các cộng sự đã xây dựng mô hình mô phỏng áp lực quần áo mặc bó sát lên cơ
thể người với các giả thiết trong nghiên cứu như sau:
- Mô hình cơ thể người bao gồm ba thành phần: 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.
- Chuyển vị của da và mô mềm được giả thiết là đồng nhất tại bề mặt chung khi
chịu tác dụng nén gây ra bởi quần áo và chuyển vị này không truyền tới phần xương.
- Ứng xử cơ học của da và mô mềm được giả thiết là đàn hồi tuyến tính, dị hướng.
- Quần áo được coi là lớp màng mỏng đàn hồi tuyến tính nhưng dị hướng, ứng suất

theo chiều dày của vải được giả thiết là đồng đều.
- Cơ thể người đứng yên trong suốt quá trình mặc, trong khi đó ống quần sẽ di
chuyển dọc theo cơ thể từ chân lên tới phần thắt lưng, ma sát giữa cơ thể và vải được
bỏ qua.
- Luôn tồn tại sự trượt tương đối giữa vải và da, quá trình này liên quan tới sự phân

bố ứng suất tổng trong các vùng tiếp xúc.
• Phân tích quá trình tương tác cơ học giữa cơ thể người và quần áo
Hình 1.1 minh họa hệ tiếp xúc giữa cơ thể người và quần áo trong hệ tọa độ
không gian x(x1, x2 và x3). Hệ tiếp xúc gồm bốn thành phần (quần áo, da, mô mềm và
xương) và ba bề mặt tiếp xúc (giữa quần áo với da, da với mô mềm và mô mềm với
xương). Tại thời điểm ban đầu t = 0, quần áo bao phủ miền Ω
cơ thể người bao gồm da, mô mềm và xương tương ứng chiế
m các miền

Hình 1.1. Hệ thống tiếp xúc giữa cơ thể người và quần áo [8]

Từ thời điểm t = 0, quần áo sẽ di chuyển từ chân tới thắt lưng cho vừa với cơ
thể, trong quá trình di chuyển quần áo sẽ chiếm miền mới là t Ω1 và tiếp xúc với miền
t

2

Ω

của da, tương ứng với đó là các miền
ràng buộc giữa cơ thể người và quần áo trong mô hình được thể hiện như sau:
t

=
∅

;
t


;
t

(t ≥ 0)
(1.1)

trong đó, ∅ là kí hiệu một tập rỗng ám chỉ rằng các miền không xâm lấn nhau. Điều
kiện biên của các miền t Ωn được kí hiệu là t Γn , bao gồm ba thành phần riêng biệt:

8

Γ
t

Γ

trong đó,
phép hợp.
 Phương trình tổng quát o Phương
trình chuyển động

∪
(1.2)

biểu thị

Nếu không có điều kiện biên cho mỗi bề mặt tiếp xúc, các phương trình chuyển
động cho các vật thể là tách rời nhau. Đặt u(x) và a(x) lần lượt là trường chuyển vị và
trường gia tốc trong vật thể n. Phương trình chuyển động của vật thể đàn hồi n tại thời
gian t là:
t
∂

x ∈ t Ωn .

(1.3)

với n = 1,2,3; i = 1 đến 3 và j = 1 đến 3

Trong đó,

t

là thành phần thứ i


của véc-tơ lực khối
giả thiết là hằng số trong miền
một phân tố trong vật thể n.
o Phương trình thuộc tính
Đối với vật liệu đàn hồi tuyến tính, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng
tuân theo định luật Hooke [29]
t

trên miền tΩ
n

n = 1,2,3; k = 1 đến 3 và i = 1 đến 3

Trong đó, cijkl là hệ số đàn hồi của vật liệu; sij là một thành phần của tenxơ ứng
suất Piola-Kirchhoff thứ hai có liên quan tới thành phần tenxơ ứng suất Cauchy
 ij ( x); và
ε
là một thàn
kl
dạng hình học phi tuyến, trong đó bao gồm cả hai thành phần tuyến tính và phi tuyến
và tη
te
ij

ij

t

t

o

Điều kiện biên về chuyển vị

Ống quần được mặc vào cơ thể từ dưới lên trên với vận tốc không đổi V0 theo
hướng x3:
t

V3 (x ) = V0On t Γ1d

9


o

Điều kiện biên về lực

Trong suốt quá trình mặc, cơ thể người đứng yên. Vì vậy, chuyển vị của xương
bằng không theo phương x3. Các ràng buộc này đã gây ra một lực biên qb tác dụng lên
xương, được thể hiện theo phương trình sau:
q

t

trên đường ranh giới t Γ4f

(1.8)
trong đó, N là vector pháp tuyến đơn vị của một điểm cố định trên đường biên.
Trọng lực tác dụng lên bốn thành phần (quần áo, da, mô và xương) được thể hiện như
sau:
n
(1.9)
qg =ρ

o

với g là gia tốc trọng trường.
Điều kiện biên về tiếp xúc

Đối với bề mặt tiếp xúc không ma sát, lực tại các điểm tiếp xúc x
q tuân theo luật thứ ba của Newton:
tqn
c1

trên đường ranh giới

t

n = 1,2,3

thể hiện bằng

(1.10)