(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu xác định áp lực của quần mặc bó sát lên cơ thể người bằng phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

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 đo trực tiếp sử dụng cảm biến đo áp lực để xác định áp lực của quần áo lên cơ thể, với các cảm biến được lắp đặt giữa cơ thể và trang phục Kết quả đo sẽ được hiển thị trên màn hình máy tính.

Phương pháp này mang lại kết quả chính xác và hiển thị trực tiếp trong quá trình đo, cho phép lập biểu đồ phân bổ áp lực quần áo trên toàn bộ cơ thể Tuy nhiên, nhược điểm của nó là thiết bị phức tạp, giá thành cao và yêu cầu cảm biến áp lực có kích thước nhỏ gọn cùng độ nhạy cao.

Phương pháp đo gián tiếp sử dụng các thiết bị để đo độ giãn của vải và lực kéo giãn, đồng thời tính toán áp lực vải dựa trên công thức Laplace Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là thiết bị đơn giản và dễ sử dụng Tuy nhiên, nhược điểm chính là việc tính toán áp lực yêu cầu công thức riêng cho từng loại thiết bị, dẫn đến việc mất nhiều thời gian để xác định các thông số vật liệu cũng như thông số mô hình tính toán.

Phương pháp mô phỏng hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu áp lực của quần áo lên cơ thể người Các nghiên cứu này nhằm đánh giá mức độ phù hợp của áp lực quần áo với cơ thể, xác định ngưỡng chịu đựng tối đa khi mặc quần áo bó sát mà vẫn cảm thấy thoải mái Phương pháp này chủ yếu dựa vào việc mô phỏng vải, cơ thể người và sự tương tác cơ học giữa quần áo và người mặc Kết quả của áp lực quần áo được thể hiện qua biểu đồ màu sắc khác nhau và có thể lượng hóa giá trị áp lực trên từng vùng cơ thể.

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 trở nên phổ biến trên toàn cầu nhờ vào những lợi ích như tiết kiệm thời gian và chi phí trong việc xác định áp lực quần áo lên cơ thể người Nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học như toán học, vật lý, cơ khí, năng lượng nhiệt, tự động hóa, điều khiển và công nghệ thông tin Với tính linh hoạt và hiệu quả, mô phỏng là công cụ quan trọng trong thiết kế, chế tạo sản phẩm, nghiên cứu thử nghiệm, nghiên cứu hoạt động và tối ưu hóa mô hình Ứng dụng mô phỏng trong việc xác định áp lực quần áo lên cơ thể người mang lại nhiều lợi ích thiết thực.

Mô hình có khả năng điều chỉnh linh hoạt cấu trúc và thông số, mang lại kết quả chính xác trong giới hạn sai số cho phép, đồng thời thể hiện rõ ràng sự phân bố áp lực trên từng khu vực của cơ thể người sử dụng.

Dựa trên các thông số đầu vào của bài toán mô phỏng, bao gồm các đặc trưng cơ học của vải, chúng ta có thể dự báo tính chất vật liệu và tối ưu hóa quy 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

Quá trình tương tác cơ học giữa cơ thể người và quần áo là một yếu tố quan trọng, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách mà áp lực từ quần áo tác động lên cơ thể Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến mức độ áp lực này, từ chất liệu vải cho đến thiết kế và cách mặc.

1.1.2.2 Lý thuyết chung về mô phỏng số o Một số khái niệm

Khi nghiên cứu một đối tượng, có hai phương pháp chính: nghiên cứu trên đối tượng thực và nghiên cứu trên mô hình thay thế Nghiên cứu trên đối tượng thực cung cấp kết quả trung thực và khách quan, nhưng trong một số trường hợp, khi việc này tốn nhiều thời gian, chi phí hoặc khó thực hiện, nghiên cứu trên mô hình thay thế trở thành phương pháp thuận tiện và hiệu quả hơn.

Mô hình hóa là phương pháp khoa học giúp nghiên cứu đối tượng bằng cách thay thế đối tượng gốc bằng một mô hình, từ đó thu thập thông tin thông qua các thí nghiệm và tính toán trên mô hình.

Trước đây, việc mô hình hóa đối tượng nghiên cứu chủ yếu dựa vào phương pháp giải tích, tuy nhiên phương pháp này thường yêu cầu nhiều giả thiết đơn giản hóa, dẫn đến kết quả nghiên cứu có độ chính xác không cao Hiện nay, phương pháp mô phỏng đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi, cho phép xây dựng mô hình số và sử dụng các phương pháp số để tìm lời giải, với máy tính là công cụ hữu hiệu Phương pháp mô phỏng giúp tích hợp nhiều yếu tố thực tế, từ đó nâng cao độ chính xác của kết quả Nhờ sự tiến bộ của công nghệ máy tính, phương pháp này đã được áp dụng để nghiên cứu các đối tượng phức tạp như hệ thống lớn và các hệ thống có thông số biến thiên theo thời gian, mang lại hiệu quả lớn trong nghiên cứu khoa học và thực tiễn sản xuất.

Mô hình mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu được xây dựng nhằm phản ánh chính xác đối tượng thực theo các tiêu chuẩn đã định Để đảm bảo tính đồng nhất và khả năng sử dụng trong nghiên cứu, việc thực hiện các bước cần thiết là rất quan trọng.

- 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

Lựa chọn ngôn ngữ, công cụ và phần mềm phù hợp là bước đầu tiên trong quá trình xây dựng mô hình mô phỏng Tiếp theo, cần thiết lập các điều kiện biên và điều kiện ban đầu cho mô hình để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của quá trình 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 thiết kế, xây dựng và vận hành đối tượng nghiên cứu Trong giai đoạn thiết kế, nó hỗ trợ lựa chọn cấu trúc và thông số, trong khi ở giai đoạn chế tạo, mô phỏng giúp chọn vật liệu và công nghệ Giai đoạn vận hành, mô phỏng cho phép người điều khiển tính toán và dự đoán trạng thái của đối tượng, từ đó giải quyết các bài toán điều khiển tối ưu Phương pháp nghiên cứu mô phỏng ngày càng phổ biến, yêu cầu xây dựng mô hình mô phỏng trên máy tính thông qua phần mềm Đối với đối tượng đơn giản, có thể sử dụng các ngôn ngữ lập trình như PASCAL, C++ hay VISUAL BASIC, nhưng với đối tượng phức tạp, việc lập trình trở nên khó khăn và tốn thời gian Do đó, nhiều phần mềm mô phỏng chuyên dụng đã được phát triển cho từng lĩnh vực khoa học.

Phương pháp và thiết bị đo áp lực quần áo mặc bó sát lên cơ thể người 21

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 [24]

Phần mềm chuyên ngành như V-sticher, Optitex và Lectra 3D Fit cho phép mô phỏng quần áo trên mô hình ma-nơ-canh ảo dựa trên kích thước cơ thể người mẫu thật Những phần mềm này có khả năng nhập các thuộc tính cơ học của vải và mô phỏng áp lực trên từng vùng cơ thể Tuy nhiên, phương pháp này chỉ mang tính chất dự báo và giúp xác định sự phân bố áp lực tại các vị trí trên cơ thể người mặc, mà không thể đo lường giá trị áp lực thực tế tại các điểm cụ thể.

Hình 1.20 Áp lực áo lên cơ thể người được thể hiện qua biểu đồ màu sắc [26]

1.2 Phương pháp và thiết bị đo áp lực của quần áo mặc bó sát lên cơ thể người 1.2.1 Các phương pháp và thiết bị đo gián tiếp

Các phương pháp đo áp lực gián tiếp không hiển thị áp lực trang phục trực tiếp lên bề mặt, mà giá trị áp lực được tính toán từ kết quả đo Theo tiêu chuẩn XP EVN 12719, lực xuất hiện của tất được đo theo chiều ngang khi kéo giãn đồng thời cả hai hướng ngang và dọc Công thức Laplace được sử dụng để chuyển đổi lực đo được sang áp lực của tất lên cơ thể người mặc, với đơn vị áp lực là KPa và độ chuyển vị tính bằng mm.

Hình 1.21 Áp lực lên bề mặt dưới sức căng T [2]

Giá trị ép nén (áp lực) được tính theo công thức Laplace như sau:

Trong đó: P áp lực của vải lên bề mặt mô hình (đơn vi tính hPa)

Trong nghiên cứu [27], tác giả và các cộng sự đã áp dụng định luật Laplace để tính toán áp lực của quần áo lên cơ thể con người Việc này dựa trên các giả định như: áp lực tác động lên cơ thể tuân theo định luật Laplace, lực từ vải lên mô hình được phân bố đồng đều, và các thông số của vải, bao gồm mối quan hệ giữa lực và độ giãn sau nhiều chu kỳ, đã được xác định trước.

Bán kính cong ở các vị trí khác nhau trên cơ thể người đã được xác định Theo định luật Laplace, áp lực P phụ thuộc vào lực tiếp tuyến F và được tính toán theo công thức cụ thể.

Hình 1.22 Mô hình áp lực lên hình trụ [27]

F là lực tiếp tuyến hay lực kéo giãn, được đo bằng đơn vị cN và được tính theo công thức F = a ε b, trong đó a và b là các hệ số giãn hồi quy tương đối G1 đại diện cho chu vi khối trụ tính bằng cm, trong khi S là độ rộng của băng vải cũng được đo bằng cm Cuối cùng, P là áp suất, có đơn vị là hPa, với 1 hPa tương đương 100 Pa.

Áp lực của vải lên mô hình khối trụ có thể được tính toán chính xác theo công thức (1.13) Việc áp dụng lý thuyết để tính toán áp lực sẽ giúp so sánh với kết quả đo áp lực thực tế.

Công thức P = T/r được sử dụng để thiết kế sản phẩm đạt áp lực mong muốn Tuy nhiên, phương pháp tính toán lý thuyết hiện tại vẫn gặp nhiều hạn chế, đòi hỏi nhiều giả thiết phi thực tế và chỉ phù hợp với một số trường hợp nhất định.

Tác giả Seyed Abbas và các cộng sự trong nghiên cứu [3] đã xây dựng công thức tính toán áp lực trên mô hình khối tròn xoay như trong hình 1.23

Hình 1.23 Mô hình tính toán tổng quát áp lực của quần áo lên cơ thể người[3]

Cơ thể người có thể được mô hình hóa như một khối tròn xoay, được tạo ra từ việc xoay một đường cong 2D quanh một trục Khi phủ lên cơ thể một lớp quần áo bó sát với độ dày t, vị trí của mỗi điểm trên lớp quần áo sẽ được xác định bằng các thông số ϕ, θ, và r0.

Trong bài viết này, ϕ biểu thị góc hình thành bởi bán kính cong tại từng điểm trên lớp quần áo và trục tung Đồng thời, θ là góc xác định vị trí của mỗi điểm trong mặt cắt theo phương ngang, trong khi r0 là bán kính cong tại mỗi điểm trong mặt cắt theo phương ngang.

Xét diện tích nhỏ ABCD trên lớp quần áo, được tạo bởi hai mặt cắt qua trục xoay và hai mặt cắt ngang Khi lớp quần áo chịu áp lực p từ phía trong cơ thể, theo định luật 3 Newton, sẽ xuất hiện phản áp lực tác động ngược lại lớp quần áo Phản áp lực này tạo ra ứng suất σθ và σϕ theo phương tiếp tuyến với đường cong kinh tuyến và vĩ tuyến.

Áp lực của quần áo lên mô hình được ký hiệu là P, trong khi độ dày của vải được ký hiệu là t Các ứng suất theo phương dọc và ngang lần lượt được biểu thị bằng 𝜎 𝜙 và 𝜎 𝜃 Bán kính tại vị trí tính áp lực theo phương dọc được ký hiệu là r1, còn bán kính tại vị trí tính áp lực theo phương ngang là r2.

Khi cơ thể người có dạng khối trụ và dạng khối nón cụt ta có công thức tính:

Mô đun đàn hồi E, độ dày của vải t, góc nghiêng α, kích thước của quần áo trước khi mặc r và kích thước của quần áo sau khi mặc r0 là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự vừa vặn và cảm giác thoải mái của trang phục trên cơ thể.

Với các công thức đã nêu, việc tính toán lý thuyết có thể được thực hiện trên mô hình có bề mặt cứng tuyệt đối, không bị biến dạng dưới áp lực của p.

Trong nghiên cứu của Thomas, S và Fram, P [28], áp lực của băng vải lên bề mặt mô hình hình trụ được xác định thông qua việc đo lực theo chu vi vùng cần thiết để kéo giãn mẫu tất, tương ứng với kích thước thiết kế, như thể hiện trong hình 1.24.

Hình 1.24 Băng vải và đo giá trị kéo giãn băng vải[28]

Theo định luật Laplace, áp lực trong băng vải tỷ lệ thuận với sức căng của băng và tỷ lệ nghịch với bán kính cong của bề mặt bị ép.

Phương pháp xác định áp lực tiện nghi và ứng dụng áp lực tiện nghi

1.3.1 Tính tiện nghi của quần áo

Sự tiện nghi của quần áo được thể hiện trên các khía cạnh sau:

- Sự tiện nghi về sinh lý nhiệt: đạt được một trạng thái nhiệt và ẩm tiện nghi, nó liên quan đến sự truyền nhiệt và ẩm qua vải

- Sự tiện nghi về cảm giác: Là các cảm giác thần kinh khác nhau khi vải tiếp xúc với da

Sự ưa thích về thẩm mỹ trong quần áo không chỉ là cảm nhận chủ quan mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe thể chất và tinh thần của người mặc Cảm giác từ mắt, tay, tai và mũi khi tiếp xúc với trang phục đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra sự thoải mái và hài lòng cho người dùng.

Áp lực từ vải dệt kim đàn hồi cao không chỉ mang lại sự tiện nghi mà còn có tác dụng làm đẹp và hỗ trợ điều trị các bệnh như giãn tĩnh mạch và phục hồi sau phẫu thuật Tuy nhiên, áp lực quá lớn có thể gây cảm giác bức bối, khó chịu, làm thay đổi sự bài tiết của da và ảnh hưởng đến lưu thông máu trong cơ thể.

* Một số định nghĩa về tiện nghi

Theo GS Lobus Hes, tiện nghi được định nghĩa là cảm giác không đau đớn mà người mặc cảm nhận được khi sử dụng quần áo.

Theo Mine và các cộng sự [38], tiện nghi được định nghĩa là trạng thái hài lòng, phản ánh sự cân bằng giữa các yếu tố tâm lý, sinh lý và thể chất của con người khi mặc quần áo.

Theo Celcar, Meinander và Gers (2008), tính tiện nghi của quần áo được định nghĩa là trạng thái của cơ thể, chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau Điều này là kết quả của quá trình trao đổi nhiệt giữa cơ thể, trang phục và môi trường xung quanh.

Một trang phục tiện nghi mang lại cảm giác thoải mái cho người mặc, và mỗi quan điểm nêu trên đều phản ánh một khía cạnh khác nhau của tính tiện nghi trong trang phục.

Gần đây, sự tiện nghi từ áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người mặc đã trở thành yếu tố được chú ý nhiều hơn.

Xác định áp lực tiện nghi của quần lên từng vùng cơ thể người mặc là yếu tố quan trọng trong việc chọn vải và tính toán kích thước thiết kế, nhằm đảm bảo khả năng định hình và tạo cảm giác thoải mái cho người sử dụng.

1.3.2 Nguyên liệu và vải dệt kim sử dụng may quần áo mặc bó sát

1.3.2.1 Các loại nguyên liệu sử dụng may trang phục mặc bó sát

Nghiên cứu khảo sát chất liệu vải trong may quần chỉnh hình cho thấy sản phẩm chủ yếu được làm từ vải dệt kim có độ đàn hồi cao, thường sử dụng sợi Polyamit hoặc Polyester kết hợp với sợi Spandex để tăng cường khả năng co giãn và tạo lực ép lên cơ thể.

Các xơ đàn hồi như lycra, spandex và dorlastan đại diện cho sự tiến bộ vượt bậc trong ngành xơ nhận tạo Spandex có khả năng giãn đứt lên đến hơn 200% và nhanh chóng phục hồi về kích thước ban đầu khi không còn lực tác dụng Elastan được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực yêu cầu tính đàn hồi cao, bao gồm quần áo bó sát, trang phục thể thao và tất y tế, cũng như trong cả vải dệt thoi và vải dệt kim.

Một số tính chất cơ bản của Spandex:

- Lực kéo đứt của xơ spandex 0,7g/den và có độ giãn đứt trong khoảng 500 ÷

- Xơ có mầu trắng và xám, dễ dàng nhuộm màu và ít hấp thụ độ ẩm, bền vững với tác động hóa chất và chịu mồ hôi tốt

- Spandex nóng chảy ở 250 0 C và bị ngả vàng khi ở trong môi trường có nhiệt độ cao hoặc ánh sáng chiếu trong thời gian dài

Sợi đàn tính cao còn được sản xuất ở dạng sợi lõi, trong đó sợi lõi PU được bọc bởi các loại xơ hoặc sợi filamăng khác như trong hình 1.29

Hình 1.29 Cấu trúc sợi lõi Elastis [40]

Trên toàn cầu, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để phát triển sợi lõi và vải từ sợi lõi Spandex Vải co giãn được tạo ra chủ yếu từ xơ thiên nhiên, kết hợp với sợi lõi Elastan Sợi đàn hồi thường được bọc bên ngoài bởi các loại xơ cứng như Nylon hoặc Rayon.

Gou và các cộng sự đã phát triển vải chun lõi bọc xơ Polyester, xác định các tính chất cơ học của sợi lõi đàn hồi với nhiều kiểu dệt khác nhau, đồng thời tìm ra thông số dệt tối ưu để đạt được độ bền đứt và độ giãn đứt tốt nhất Nghiên cứu cũng đã sử dụng các loại vải dệt kim như vải Double jersey từ sợi Dacron 100%, vải Double jersey từ sợi Spandex 5% Cotton 95%, và Tricot từ sợi Spandex 20% Poliamit 80% để may quần áo bó sát, phục vụ cho việc nghiên cứu áp lực trang phục lên cơ thể người.

Tiêu chuẩn về tất chữa bệnh suy giảm tĩnh mạch, theo chất lượng RAl-GZ 387/1, 2008, quy định việc sử dụng xơ tự nhiên hoặc hóa học, cùng với các sợi Elastodiene (cao su) hoặc Elastin Đặc biệt, sợi cao su đàn hồi cần được bọc bằng xơ tự nhiên hoặc xơ hóa học, như được trình bày trong bảng 1.8.

Bảng 1.8 Các loại sợi sử dụng làm tất chữa bệnh giãn tĩnh mạch[42]

Sợi không đàn hồi được bọc đôi quanh lõi đàn hồi theo hướng ngược nhau, trong khi đó, sợi không đàn hồi cũng có thể được bọc đơn quanh lõi đàn hồi theo hình xoắn ốc.

Stitch covering Xe một chuỗi các sợi không đàn hồi nhỏ quanh một lõi đàn hồi Core spinning Quấn xơ ngắn xung quanh một lõi đàn hồi

Core twisting là kỹ thuật sử dụng sợi đàn hồi quấn quanh lõi không đàn hồi, trong khi đó, air jet covering là phương pháp quấn sợi không đàn hồi quanh lõi đàn hồi Các đặc điểm hình dáng và thành phần nguyên liệu này thường được áp dụng trong sản xuất quần áo bó sát, được sử dụng bởi nhiều nhà sản xuất trên toàn thế giới, như thể hiện trong hình 1.30 và bảng 1.9.

Hình 1.30 Đặc điểm hình dáng mẫu quần chỉnh hình tạo dáng cơ thể[43]

Bảng 1.9 Thành phần nguyên liệu sử dụng may quần

74% Polyamide 26% Elastan Lớp lót: 79% Nylon,

100% Cotton Đặc điểm hình dáng

Kết luận chương 1

Nghiên cứu tổng quan chỉ ra rằng việc xác định chính xác áp lực của trang phục lên cơ thể người là một vấn đề phức tạp Các phương pháp chủ yếu được sử dụng để đo áp lực bao gồm phương pháp đo trực tiếp, phương pháp đo gián tiếp và phương pháp mô phỏng số thông qua phần mềm máy tính.

 Với phương pháp mô phỏng số trên các phần mềm máy tính

Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm ANSYS và ABAQUS, với hai loại mô hình phổ biến là mô hình vật lý tương tự và mô hình mô phỏng Các mô hình mô phỏng được xây dựng từ dữ liệu chụp cắt lớp CT, bao gồm ba thành phần chính: da, xương và mô mềm Tuy nhiên, tại Việt Nam, nghiên cứu về phương pháp mô phỏng số để xác định áp lực của trang phục lên cơ thể người mặc vẫn còn hạn chế, chủ yếu dừng lại ở các mô hình vật lý tương tự với giả thiết bề mặt cơ thể là cong.

 Với phương pháp đo trực tiếp

Trên thế giới, nhiều thiết bị sử dụng cảm biến để đo áp lực của trang phục lên cơ thể người, mang lại kết quả chính xác và hiển thị trực tiếp trong quá trình đo Tuy nhiên, các thiết bị này phức tạp, có giá thành cao và yêu cầu cảm biến nhạy bén với kích thước nhỏ Tại Việt Nam, một số nghiên cứu đã thiết kế thiết bị đo áp lực của trang phục, nhưng chỉ có khả năng đo áp lực của vải trên các mô hình giả định bề mặt cong, chưa có thiết bị nào có khả năng đo trực tiếp trên cơ thể người.

Phương pháp xác định áp lực tiện nghi khi mặc quần áo bó sát đã được nghiên cứu rộng rãi trên thế giới, tập trung vào cảm nhận chủ quan của người mặc Các nghiên cứu này đã chỉ ra giá trị áp lực tiện nghi cho từng vùng cơ thể của nam và nữ ở nhiều độ tuổi khác nhau Tại Việt Nam, một số nghiên cứu gần đây đã bắt đầu khám phá tính tiện nghi sinh lý nhiệt và áp lực của trang phục lên cơ thể Tuy nhiên, các nghiên cứu này vẫn còn hạn chế và chưa xây dựng được công thức tổng quát về mối quan hệ giữa áp lực của trang phục và độ giãn của vải, điều này ảnh hưởng đến việc xác định kích thước trang phục bó sát theo khoảng giá trị áp lực tiện nghi.

Dựa trên phân tích các nghiên cứu liên quan đến phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm xác định áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người, luận án nhằm giải quyết một cách hệ thống và chuyên sâu các vấn đề nghiên cứu, đồng thời kế thừa các thành tựu khoa học công nghệ từ các ngành mũi nhọn như Công nghệ thông tin và Khoa học tính toán mô phỏng Mục tiêu là nâng cao hiệu quả sản xuất của ngành Dệt May Việt Nam.

1 Nghiên cứu mô phỏng số xác định áp lực của quần mặc bó sát lên phần đùi cơ thể người trên cơ sở xây dựng mô hình kết hợp giữa mô hình hình học và mô hình cấu trúc 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 cơ học của vải; xác định mô hình thuộc tính cơ học cơ thể người; ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn và phần mềm tính toán Abaqus xây dựng mô hình mô phỏng số quá trình tương tác cơ học giữa cơ thể người và quần áo trong quá trình mặc quần bó sát

2 Thiết lập hệ thống đo trực tiếp áp lực của quần áo lên cơ thể người mặc để kiểm nghiệm kết quả mô phỏng trên cơ sở phân tích đặc điểm và thông số kỹ thuật của các loại cảm biến áp trở từ đó lựa chọn loại cảm biến phù hợp với yêu cầu đo của hệ thống; thiết kế nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết đo; xây dựng chương trình phần mềm kết nối với phần cứng và hiển thị kết quả đo; đánh giá kết quả của hệ thống đo

3 Ứng dụng hệ thống đo trực tiếp áp lực của quần áo lên cơ thể người đã chế tạo tiến hành thực nghiệm xác định áp lực tiện nghi lên từng vùng cơ thể người mặc; xây dựng công thức tính kích thước thiết kế quần bó sát theo giá trị áp lực tiện nghi nghiên cứu đảm bảo các yêu cầu sử dụng của sản phẩm và kiểm nghiệm kết quả mô phỏng tính toán áp lực của quần bó sát lên phần đùi cơ thể người.

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41

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 loại vải phổ biến trong ngành may mặc, đặc biệt cho các sản phẩm ôm sát cơ thể nhờ vào những đặc tính vượt trội như mềm mại, co giãn tốt, thoáng khí và khả năng hút ẩm Luận án này tập trung nghiên cứu mẫu vải dệt kim đàn hồi cao được sử dụng trong sản phẩm quần gen định hình của thương hiệu Uniqlo Nhật Bản, với các thông số kỹ thuật cụ thể được trình bày.

- Thành phần nguyên liệu: 92% Polyamit, 8% Spandex

- 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

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, phương pháp đo lực của quần áo bó sát cơ thể người chủ yếu sử dụng cảm biến dạng áp điện trở Cảm biến Flexiforce A201 từ Tekscan Hoa Kỳ là một trong những sản phẩm được nghiên cứu và lựa chọn phổ biến cho ứng dụng này.

(a) (b) 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 thiết bị đo lực hoạt động dựa trên mối quan hệ giữa điện trở và áp lực Khi không có lực tác động, trở kháng của cảm biến ở mức cao, nhưng khi lực được áp dụng, giá trị trở kháng sẽ giảm Người dùng có thể dễ dàng đo giá trị trở kháng này bằng cách sử dụng đồng hồ đo điện để kiểm tra 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].

Nội dung nghiên cứu …………………………………………………….… 42 1 Mô phỏng số xác định áp lực của quần bó sát lên phần đùi cơ thể

- 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 của cơ thể người dựa trên dữ liệu chụp cắt lớp CT và dữ liệu quét 3D cơ thể người là một bước quan trọng trong nghiên cứu y học và công nghệ Việc kết hợp hai loại dữ liệu này giúp tạo ra hình ảnh chính xác và chi tiết về cấu trúc cơ thể, từ đó hỗ trợ trong việc chẩn đoán và điều trị các bệnh lý liên quan đến phần đùi Mô hình này không chỉ nâng cao khả năng phân tích mà còn mở ra cơ hội cho các ứng dụng trong thiết kế sản phẩm y tế và phát triển công nghệ phục hồi chức năng.

- Xác định mô hình thuộc tính của vải sử dụng trong nghiên cứu

Phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng trong phần mềm ABAQUS nhằm mô phỏng áp lực của quần bó sát lên vùng đùi của 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

- 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

Bài viết so sánh và đánh giá kết quả xác định áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người bằng hai phương pháp: mô phỏng tính toán và đo thực nghiệm Phương pháp đo thực nghiệm sử dụng hệ thống cảm biến FlexiForce để thu thập dữ liệu chính xác về áp lực Kết quả cho thấy sự khác biệt giữa hai phương pháp, từ đó cung cấp cái nhìn sâu sắc về hiệu quả và độ tin cậy của từng cách tiếp cận trong việc nghiên cứu áp lực quần áo.

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

Để xây dựng công thức tính toán kích thước thiết kế quần bó sát cho nữ thanh niên Việt Nam, cần đảm bảo tính tiện nghi và áp lực trong quá trình sử dụng Công thức này sẽ giúp tạo ra sản phẩm phù hợp với vóc dáng và nhu cầu của đối tượng, mang lại sự thoải mái và tự tin cho người mặc.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết bao gồm việc khảo sát các tài liệu và công trình liên quan đến chủ đề luận án, từ đó phân tích và đánh giá những vấn đề đã được nghiên cứu cũng như những tồn tại hiện có Qua đó, phương pháp này giúp xác định hướng nghiên cứu phù hợp với điều kiện thực tiễn tại 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

+ 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 được áp dụng để đo áp lực của quần bó sát lên cơ thể người bằng thiết bị đo áp lực được chế tạo bởi tác giả và nhóm nghiên cứu.

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, đặc biệt trong may quần bó sát Mối quan hệ tuyến tính giữa độ giãn ngang của vải và áp lực lên cơ thể người đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng công thức tính kích thước ống quần, nhằm đảm bảo khoảng giá trị áp lực tiện nghi lên vùng đùi của người mặc.

Nghiên cứu đã thực hiện khảo sát để đánh giá cảm nhận áp lực chủ quan của 30 người tham gia, tập trung vào các vị trí vòng bụng, vòng mông và vòng đùi sau khi mặc 5 mẫu quần gen Phương pháp đánh giá sử dụng thang điểm để xác định mức độ cảm nhận của người mặc, nhằm cung cấp cái nhìn sâu sắc về trải nghiệm sử dụng sản phẩm.

- Phương pháp xử lý và phân tích số liệu thực nghiệm:

Sử dụng phần mềm Excel để phân tích số liệu nhân trắc, nghiên cứu 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 Kết quả đo được thống kê và đánh giá mức cảm nhận áp lực tối ưu của quần bó sát lên cơ thể người.

Phần mềm SPSS 20 được sử dụng để phân tích số liệu thống kê và xây dựng biểu đồ, nhằm 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

2.3.1.1 Xây dựng bộ dữ liệu quét 3D và ảnh chụp cắt lớp CT phần chi dưới cơ thể

Để đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy cho các mẫu trong nghiên cứu nhân trắc học ngành may, quá trình lựa chọn số lượng đối tượng tham gia thử nghiệm được thực hiện qua các bước cụ thể.

Nghiên cứu đã thực hiện khảo sát nhân trắc theo phương pháp truyền thống nhằm lựa chọn 350 nữ sinh 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.

Bước 2: Áp dụng công thức xác định cỡ mẫu (2.1) để lựa chọn nhóm đối tượng nghiên cứu cho luận án từ 350 nữ sinh, với các yêu cầu cụ thể như sau:

 e (2.1) trong đó: t là độ sai số chuẩn; s là độ lệch chuẩn; e là sai số của tập hợp

Luận án xác định số lượng tối thiểu mẫu nghiên cứu để đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy với p = 95%, độ sai số chuẩn t = 2,58, sai số của tập hợp e = 0,5 và độ lệch chuẩn vòng mông s = 0,65, từ đó lựa chọn 12 đối tượng cho nghiên cứu.

 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

 Quá trình Xây dựng bộ dữ liệu quét 3D và ảnh chụp cắt lớp CT phần chi dưới cơ thể

Bước đầu tiên trong nghiên cứu là tổ chức tập huấn cho nhóm tham gia về các yêu cầu kỹ thuật cần thiết, bao gồm tư thế đứng khi sử dụng máy quét 3D cơ thể người, tư thế nằm trong máy chụp cắt lớp CT, và quy định về trang phục trong quá trình đo.

Bước 2: Thu thập bộ dữ liệu số hóa cơ thể người từ máy quét toàn thân 3D

Máy quét toàn thân 3D Body Scanner NX 16 của hãng [TC] 2 được sử dụng để thu thập dữ liệu số hóa về hình dạng, cấu trúc và kích thước cơ thể người Dựa trên dữ liệu quét 3D, nghiên cứu tiến hành phân tích chi tiết tư thế đứng của từng đối tượng trong máy quét.

- Khoảng cách giữa 2 mắt cá chân

- Góc mở giữa 2 má trong của đùi

Chiều dài chân là một trong những thông số kích thước quan trọng được phân tích và minh họa, đóng vai trò cơ sở cho tư thế khi nằm trong máy chụp cắt lớp CT.

Hình 2.3 Dữ liệu quét 3D cơ thể người

Bước 3: Thu thập bộ dữ liệu ảnh chụp cắt lớp từ máy chụp cắt lớp CT

Máy chụp cắt lớp vi tính được sử dụng để thu thập dữ liệu hình ảnh CT với hai định dạng File JPG và DICOM, tập trung vào phần thân dưới của cơ thể nữ thanh niên từ ngang eo trở xuống Quy trình thực hiện bao gồm các bước cụ thể để đảm bảo chất lượng và độ chính xác của hình ảnh.

- Hướng dẫn đối tượng tư thế nằm trên bàn máy chụp cắt lớp CT

Kết luận chương 2

Chương 2 của luận án đã xác định rõ đối tượng và phạm vi nghiên cứu, đồng thời trình bày các phương pháp thực hiện nội dung nghiên cứu nhằm đạt được mục tiêu nghiên cứu của luận án.

1 Đối tượng sử dụng trong nghiên cứu

Nghiên cứu đã lựa chọn đối tượng phù hợp với nội dung nghiên cứu của luận án như:

- Vải dệt kim đàn tính cao thường được sử dụng trong may quần gen định hình thẩm mỹ

Phần đùi có hình dạng đặc trưng và thay đổi kích thước rõ rệt khi vận động, nổi bật hơn so với các bộ phận khác của chi dưới Nhiều sản phẩm bó sát được thiết kế riêng cho khu vực này, giúp tối ưu hóa hiệu quả tập luyện và nâng cao sự thoải mái.

Cảm biến lực FlexiForce A201 của hãng Tekscan Hoa Kỳ được thiết kế để đo áp lực trực tiếp từ quần áo lên cơ thể người Loại cảm biến này đã được ứng dụng trong nhiều nghiên cứu trên toàn thế giới, cho thấy tính hiệu quả và độ tin cậy cao trong việc thu thập dữ liệu áp lực.

Phương pháp PTHH được tích hợp trong phần mềm Abaqus giúp mô phỏng và tính toán áp lực của quần 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 nữ thanh niên Việt Nam

3 Các phương pháp nghiên cứu của luận án

- Sử dụng phương pháp đo thực nghiệm đã xác định được các đặc trưng cơ học của mẫu vải dệt kim đàn tính sử dụng trong nghiên cứu

- Sử dụng phương pháp hồi cứu tài liệu để xác định được các đặc trưng cơ học của phần da, mô mềm và xương cơ thể người

Sử dụng công nghệ tiên tiến như máy quét toàn thân 3D và máy chụp cắt lớp CT, chúng tôi thu thập dữ liệu số hóa về cấu trúc và bề mặt cơ thể người.

Sử dụng phần mềm CAD hiện đại như Solidworks và Rapidform để tạo ra mô hình cấu trúc 3D của cơ thể người, giúp kết hợp những ưu điểm của từng phương pháp nghiên cứu trước đây mà chưa được đề cập.

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và phần mềm Abaqus, bài toán mô phỏng tương tác cơ học giữa cơ thể người và quần áo được xây dựng trong quá trình mặc quần bó sát.

Phương pháp tính toán lý thuyết kết hợp với triển khai thực nghiệm được sử dụng để chế tạo hệ thống thiết bị đo áp lực quần áo lên cơ thể người Phần mềm được lập trình bằng ngôn ngữ Matlab nhằm kết nối phần cứng của thiết bị đo với máy tính, từ đó hiển thị kết quả đo một cách chính xác và hiệu quả.

Xây dựng qui trình đo áp lực của quần bó sát lên vùng đùi cơ thể người, kết hợp với phương pháp đánh giá cảm nhận chủ quan của người mặc Đánh giá áp lực tiện nghi của quần bó sát thông qua phiếu khảo sát sử dụng thang đánh giá 5 mức và các tư thế vận động cơ bản của cơ thể.

Trong nghiên cứu thực nghiệm này, chúng tôi đã sử dụng phương pháp thống kê kết hợp với phần mềm SPSS 20 và Excel để xử lý và phân tích dữ liệu Mục tiêu của nghiên cứu là xác định áp lực và áp lực tiện nghi mà quần bó sát tác động lên phần thân dưới của cơ thể người.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN

Kết quả mô phỏng số áp lực của quần mặc bó sát lên cơ thể người 64 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 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 Bộ dữ liệu quét 3D cơ thể người

Sau khi thực hiện quét 3D cơ thể của các đối tượng nghiên cứu, chúng tôi đã thu thập được bộ dữ liệu quét 3D của 12 người, kèm theo bảng 185 số đo kích thước cơ thể do phần mềm máy quét trích xuất Bộ dữ liệu số hóa này mô phỏng cơ thể người dưới dạng đám mây điểm, với các định dạng file như obj và wrl.

3.1.1.2 Bộ dữ liệu chụp cắt lớp CT

Nghiên cứu đã thu thập dữ liệu ảnh chụp cắt lớp CT từ 12 đối tượng, tập trung vào phần thân dưới của cơ thể từ ngang eo trở xuống, với hai định dạng file là JPG và DICOM Số lượng ảnh thu được phụ thuộc vào chiều cao vòng eo và độ dày lớp cắt, với độ dày 5 mm cho trung bình từ 210 đến 230 ảnh.

3.1.1.3 Kết quả xây dựng mô hình 3D chi dưới cơ thể người

Các bước xây dựng mô hình:

Bước 1: Xây dựng mô hình cấu trúc 3D phần đùi cơ thể từ dữ liệu chụp cắt lớp CT

To begin, launch the software and select the Part mode Create a coordinate system that includes three projection planes: the Front Plane, the Top Plane, and the Right Plane, as illustrated in Figure 3.1.

Hình 3.1 Mặt phẳng chiếu trong không gian 3 chiều

- Gán File ảnh theo kích thước thực của đối tượng vào mặt phẳng chiếu đứng và chiếu cạnh như trong hình 3.2a

- Tạo các mặt phẳng song song với mặt phẳng chiếu bằng (Top Plane), các mặt phẳng cách nhau 5 mm tương ứng khoảng cách các ảnh chụp cắt lớp CT

Sắp xếp dữ liệu là quá trình tổ chức các ảnh chụp các lát cắt song song, nhằm định hình lại các dữ liệu hai chiều này theo đúng thứ tự trong không gian ba chiều, tạo thành khối dữ liệu như minh họa trong hình 3.2b.

Hình 3.2 Sắp xếp các lát cắt song song để tạo thành khối dữ liệu

Tái tạo bề mặt từ các đường viền bao gồm hai bước chính: trích biên và xây dựng bề mặt Trong bước trích biên, chúng ta sử dụng các điểm ảnh (pixel) và đường cong S-pline trong phần mềm để xác định các điểm nút kiểm soát tại các vị trí điểm ảnh trên đường biên dạng mặt cắt Dựa vào các vectơ biểu thị độ cong, chúng ta điều chỉnh đường cong biên dạng để đảm bảo sự trơn đều, như thể hiện trong hình 3.3.

Sau khi xác định các đường biên, chúng ta tiến hành xây dựng bề mặt bằng cách sử dụng chức năng boundary boss/base trong phần mềm Solidworks Kết quả thu được là mô hình cấu trúc phần đùi của đối tượng nghiên cứu, bao gồm xương và lớp mô mềm, được minh họa trong hình 3.5c.

Hình 3.3 Trích biên dạng và hiệu chỉnh đường đường cong biên dạng từ các nút điều khiển

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

- Chuyển đổi file 3D từ định dạng STL sang các định dạng khác phù hợp với các phần mềm CAD chuyên ngành như Abaqus, Ansys, Auto-Cad, Pro-Engineer…

Bước 2: Xây dựng mô hình 3D phần chi dưới cơ thể từ dữ liệu quét 3D cơ thể người

Kế thừa kết quả của tác giả và nhóm nghiên cứu đã được thực hiện trước đây

Phần mềm thiết kế ngược Rapidform XOR3 được sử dụng để xử lý dữ liệu quét 3D cơ thể người Quá trình tái tạo mô hình 3D cho chi dưới của nữ thanh niên được thực hiện qua một chuỗi các bước cụ thể.

Bước 1: Nhập dữ liệu quét 3D vào phần mềm Bước 2: Tạo mô hình bề mặt lưới

Bước 3: Điều chỉnh vị trí lưới, chỉnh sửa lưới ở các vị trí bị lỗi Bước 4: Xây dựng mô hình bề mặt mịn hóa

Bước 5 là tạo đối xứng giữa hai chân, trong khi Bước 6 tập trung vào việc phân tích và đánh giá độ chính xác của mô hình 3D Kết quả của quá trình xây dựng mô hình 3D chi dưới cơ thể nữ thanh niên Việt Nam được thể hiện rõ trong hình 3.6.

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

Bước 3: Xây dựng mô hình kết hợp

Quá trình ghép xương vào mô hình 3D được thực hiện bằng phần mềm SolidWorks 2014, được trình bày qua các bước trong hình 3.7 và 3.8 Kết quả cuối cùng của việc lắp ghép mô hình 3D hoàn thiện được minh họa trong hình 3.9.

- Chuẩn bị đối tượng trước khi ghép

Hình 3.7 Mô hình xương và chân

- Đưa mô hình chân vào môi trường lắp ghép

Đưa mô hình chân và xương về cùng một hệ tọa độ tham chiếu, điều chỉnh hai mô hình để có cùng góc nghiêng, và căn chỉnh xương theo các mặt phẳng tham chiếu, như được minh họa trong hình 3.8.

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 và ảnh chụp cắt lớp CT

Bước 4 So sánh kích thước, hình dạng mô hình xây dựng từ dữ liệu quét 3D cơ thể người và mô hình xây dựng từ ảnh chụp cắt lớp CT

Dựa trên đặc điểm nhân trắc phần đùi cơ thể được chia làm 3 vòng theo tiêu chuẩn TCVN 5782 – 2009 [18] như hình 3.10

Hình 3.10 minh họa vị trí so sánh kích thước và biên dạng giữa hai mô hình 3D, được xây dựng 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 trong đó: 1 - là mặt cắt ngang trên mô hình tái tạo từ ảnh chụp cắt lớp CT;

2 - là mặt cắt ngang trên mô hình 3D xây từ dữ liệu quét 3D cơ thể người

So sánh kích thước và biên dạng của 12 mô hình phần đùi được xây dựng từ dữ liệu chụp cắt lớp CT với mô hình 3D từ dữ liệu quét toàn thân 3D, cho thấy có sai số nhỏ về kích thước và sự khác biệt trong đường cong biên dạng Kết quả tổng hợp chu vi đường cong biên dạng đo ở 3 vị trí mặt cắt ngang giữa hai mô hình 3D phần đùi cho thấy sai số trung bình từ 5 đến 9 mm Mô hình 3D từ dữ liệu quét 3D cơ thể người thường có kích thước lớn hơn so với mô hình tái tạo từ dữ liệu chụp cắt lớp CT Hình 3.10 và 3.11 minh họa sự so sánh này.

Sai số trong quá trình thu thập dữ liệu số hóa 3D của cấu trúc và bề mặt cơ thể người chủ yếu xuất phát từ sự khác biệt về hình dạng và tư thế của đối tượng khi thực hiện chụp cắt lớp.

Trong tư thế nằm, cơ thể bị biến dạng do trọng lượng, ảnh hưởng đến vai, mông và đùi trên Kích thước cơ thể ở tư thế này cũng bị tác động bởi hệ cơ, xương khớp ở trạng thái nghỉ, không nâng đỡ trọng lượng Hình 3.9 minh họa mô hình cấu trúc chi dưới của nữ thanh niên Việt Nam, được xây dựng từ dữ liệu quét 3D và ảnh chụp cắt lớp CT Mô hình bao gồm hai thành phần chính là xương và mô mềm, và nhờ phương pháp tách đường biên dạng từ ảnh chụp cắt lớp, chúng ta có thể dễ dàng xây dựng các cấu trúc khác như da, mạch máu, cơ và gân trong mô hình 3D cơ thể người.

Mô hình kết hợp nghiên cứu nhân trắc và thiết kế sản phẩm may mặc là nền tảng quan trọng cho việc phát triển các sản phẩm bó sát như quần tất và gen chỉnh hình Công nghệ tái tạo mô hình 3D từ dữ liệu CT giúp tạo ra các mô hình y học và bộ phận cấy ghép, phục vụ cho ngành cơ y sinh Những ứng dụng này cho phép nghiên cứu tác động cơ học của vải lên cơ thể người và ảnh hưởng của lực lên xương, khớp, cơ, dây chằng và sụn, từ đó nâng cao hiệu quả trong thiết kế và điều trị.

3.1.2 Kết quả xác định mô hình thuộc tính cơ học của vải

3.1.2.1 Kết quả xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của mẫu vải

Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật của vải trong nghiên cứu

Thông số kỹ thuật của vải Độ dày (mm)

Mật độ cột vòng/100mm

Mật độ hàng vòng/100mm

Số sợi chun/100mm Mẫu 1