摘要
无缝针织技术以一次成型的优势广泛用于紧身运动服装、医疗服装、塑身内衣等产品的制造。这些产品对服装压要求的大小有一定的范围，当服装压水平过高时，服装压力将可能会成为人体负担并伤害身体，而过低则起不到压力服的工效。实际上，实现无缝针织一次成型服装包括编写织造程序、设置织造工艺参数等开发流程。为了达到预期的弹性与压强，工程师除了重复上述开发流程以得到设计图案不扭曲的服装产品外，还需测量服装压强，反复调整服装的尺寸。这种开发无缝针织压力服装的方法效率不高，且采用直接测量服装压强易受测量仪器的精度、体积及数量点位的影响，无法评估服装在人体上的压强分布。因此，为了简化无缝针织压力服装的开发流程，优化压力服装的功能性，亟需对无缝针织面料的尺寸与形变性能及其施加于人体压强的分布进行深入研究。 首先，为了研究无缝针织工艺参数与面料尺寸之间的关系，根据无缝针织牵伸比、针距、喂纱张力3个工艺参数，采用CCF（Central Composite Face-centered Design）响应面实验方法设计20款面料，通过响应面回归分析，建立了无缝针织工艺参数与面料横、纵向线圈密度的数学模型。研究表明，无缝针织工艺参数牵伸比、针距、喂纱张力对面料横向线圈密度都有显著影响，其中影响程度由大到小依次为氨纶牵伸比、喂纱张力与针距，建立了三者与面料横向密度的二次回归方程，该方程能根据牵伸比、针距、喂纱张力数值可以预测面料横向线圈密度；通过线性多元回归分析，表明牵伸比与针距对面料纵向线圈密度具有显著性影响，氨纶牵伸比与面料纵向线圈密度呈正相关，针距与面料纵向线圈密度呈负相关。 然后，针对无缝针织面料的形变特征，对试样进行拉伸试验测试，并运用超弹性Yeoh模型对测试数据进行拉伸应力-应变曲线拟合。通过K-Means聚类分析，剔除拉伸应力-应变性能相似的试样，将所选择6款试样横向线圈密度与应变的排序进行Pearson相关性分析，结果表明，双侧显著性值为0.258，大于0.05，不能采用无缝针织的线圈密度去预判织物的力学性能。在所选择6款试样的Yeoh超弹性模型参数用于有限元单轴拉伸应力模拟中，面料应变拉伸率在40%以内，模拟结果与实验数据具有良好的一致性。 接着，为了研究压力袜施加于人体大腿的压强分布，扫描一名健康、双腿无任何病史的女大学生，截取截取人体左大腿3D轮廓点云数据，在逆向工程软件中，将点云数据转化为大腿实体，通过折减系数法，绘制了5种尺寸的压力袜，压力袜与大腿实体的装配设计。通过30个装配模型的有限元压强模拟，建立了大腿表面的3个围度12个点位的压强与其中2款试样压力袜尺寸的数学关系。在12个点位中，压力袜对大腿表面施加最大压强点位，设定其压强为1000Pa，根据大腿表面压强与压力袜的数学关系制作压力袜。研究表明，大腿表面压强与大腿体表曲率半径有关，曲率半径越小，压强值越大，这与Laplace定律描述压强与曲率半径的关系一致；压强值随着压力袜折减系数的增大而呈非线性增大，由此建立了描述大腿表面12个点位的压强值与虚拟压力袜尺寸的多项式数学关系，平均拟合度R2为98.54%，该方程能根据点位所需的压强值，计算对应压力袜尺寸数值。 最后，为了判断有限元压强模拟是否有效，通过真实人体中进行压强测试实验，用独立双样本的非参数曼惠特尼检验进行压强测量与有限元压强模拟数值的差异检验。研究表明，有限元压强模拟数值与压强测量值无统计意义的差异，表明这种3D模拟设计方法实现压力袜的定制具有可行性。该研究提出了一种基于织物形变与大腿压强的无缝压力袜方法，为压力服装的开发提供了新思路，减少了定制压力服装在整个开发过程中所花费的时间与成本。
NETL