基于人体臂部模型的服装压测试与数值模拟

发布时间：2020-06-10 00:14

【摘要】：能施加一定服装压的压力衣对预防和控制中重度烧伤病人的瘢痕增生有着重要作用。目前即便选择性能最佳的压力衣面料,采用最先进的压力衣制作方法,由于个体的差异性和体表的不规则性,针对特定烧伤病人,首次制作的压力衣仍然无法在患处施加最适合控制瘢痕增生的服装压,以致需要在病人患处反复穿套压力衣并进行服装压测试,才能制作出符合要求的压力衣。由于烧伤患者患处愈合早期就需穿着压力衣,而压力衣的试穿过程给患者所带来的痛苦不言而喻。因此,有必要探究可代替真实人体进行压力衣制作及服装压测试的人体模型,以减轻患者痛苦及提高压力衣疗效。另外,由于目前服装压测试和评价方法的局限性,给精确掌握服装压的大小和分布带来困难,影响压力衣的精确设计及压力疗法疗效。为了探究最佳的人体臂部模型替代真实人体臂部进行压力衣制作及服装压测试,本课题首先制作压力臂套;然后基于激光扫描数据打印并制作五种人体臂部模型;最后测试臂套穿套于人体臂部模型和真实人体臂部后的服装压,并对比、分析真实人体及各臂部模型上的服装压大小及分布规律。研究结果表明模型硬度与真实人体最为接近的臂部模型穿套压力臂套后的服装压大小及变化规律与真实人体臂部的服装压测试结果极为接近,该模型所对应的硬度和弹性模量可为制作代替真实人体的模型参数提供参考;模型硬度和弹性模量的大小与其上穿套压力臂套后的服装压大小成反比;真实人体臂部及各臂部模型穿套压力衣后,测得的服装压值随着臂部围度周长的增加而增大,反之亦然。为了精确掌握服装压的大小和分布,本课题首先通过MIMICS医学软件对人体臂部CT数据进行处理,重建三维人体臂部模型;然后在3-Matic中进行模型表面的优化处理,生成理想的四面体网格类型;最后导入有限元软件中,建立多结构、多种材料并存的人体臂部模型,在臂部模型上穿套压力臂套,模拟服装压的大小和分布。结果表明:数值模拟方法可直观、形象地呈现压力臂套作用于人体臂部后的应力、应变情况;模拟得到的服装压(应力)随着臂部围度尺寸的增加而增大,其与臂部表面的生理曲度变化趋势相吻合,凸出处服装压随之增大,凹陷处服装压随之减小。数值模拟的服装压分布与实际测量的服装压分布趋势较为一致。最后,基于CT数据,制作可替代真实人体臂部的臂部模型,依据臂部模型尺寸制作压力臂套,测试压力臂套对臂部模型施加的服装压,并与数值模拟结果进行对比。结果表明:人体臂部四个特殊围度和四个特殊纵列的服装压测试值与数值模拟值的总体变化趋势基本一致,但是服装压模拟值相较于测试值偏小,不过测试值与模拟值的整体偏差不大,说明本研究对服装压大小及分布的数值模拟结果与实际服装压情况较为接近,可为掌握服装压的大小分布及压力衣的尺寸优化提供理论参考。
【图文】：

目前服装压多采用直接测试方法获得，服装压测试方法主要有流体逡逑测力计压力法、气压式压力测试法、弹力光纤压力测试系统、电阻应变片型压力逡逑测试系统和虚拟仪器测量。其中流体压力法（如下图１－１）是一种传统的测试方逡逑法，人为读数时的准确度会存在一定的偏差，这种流体压力法一般分为水压力计逡逑法和水银压力计法。逡逑？２５０逡逑ｒ２００逡逑－１５０逡逑－ｉｎｎ逡逑感压部件逦Ｌｇ0逡逑｜足力计逡逑Ｕ逡逑图１－１流体压力法测试计逡逑气压式压力测试法（如下图１－２）的基本原理是，感应部件与半导体应变片逡逑式压力传感器相连接，当测试时将少量的气体充入感压部件中，再将感压部位放逡逑置于测试部位，压力传感器接收到的压力信号会以电压变化的方式输出显示，，虽逡逑然此种传感器较柔软较薄、价格较低，但气囊的面积偏大，对温度的敏感度高，逡逑测量结果的精确度会有所降低。如２００９年，陈东生［２８］等研宄人员在紧身裤装压逡逑力舒适性的客观评测研宄中，采用气囊压力测试方法在臀高点处放入一个厚度约逡逑２邋ｍｍ左右的气囊作为感压部件

目前服装压多采用直接测试方法获得，服装压测试方法主要有流体逡逑测力计压力法、气压式压力测试法、弹力光纤压力测试系统、电阻应变片型压力逡逑测试系统和虚拟仪器测量。其中流体压力法（如下图１－１）是一种传统的测试方逡逑法，人为读数时的准确度会存在一定的偏差，这种流体压力法一般分为水压力计逡逑法和水银压力计法。逡逑？２５０逡逑ｒ２００逡逑－１５０逡逑－ｉｎｎ逡逑感压部件逦Ｌｇ0逡逑｜足力计逡逑Ｕ逡逑图１－１流体压力法测试计逡逑气压式压力测试法（如下图１－２）的基本原理是，感应部件与半导体应变片逡逑式压力传感器相连接，当测试时将少量的气体充入感压部件中，再将感压部位放逡逑置于测试部位，压力传感器接收到的压力信号会以电压变化的方式输出显示，虽逡逑然此种传感器较柔软较薄、价格较低，但气囊的面积偏大，对温度的敏感度高，逡逑测量结果的精确度会有所降低。如２００９年，陈东生［２８］等研宄人员在紧身裤装压逡逑力舒适性的客观评测研宄中，采用气囊压力测试方法在臀高点处放入一个厚度约逡逑２邋ｍｍ左右的气囊作为感压部件
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS941.17

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本文编号：2705480