Mục đích nghiên cứu

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 được 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 vẫn còn thiếu rất nhiều sản phẩm dùng trong lĩnh vực y tế, thể thao và chỉnh hình thẩm mỹ…

Việc nghiên cứu áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người nhằm tạo cơ sở cho việc nghiên cứu thiết kế chế tạo sản phẩm may mặc phục vụ nâng cao thành tích thi đấu của vận động viên, điều trị nhiều căn bệnh hiểm nghèo, tăng khả năng hồi phục của người bệnh sau phẫu thuật...

Hiện nay, trên thế giới có nhiều phương pháp khác nhau để xác định áp lực của trang phục lên cơ thể người mặc. Tuy nhiên các phương pháp và kỹ thuật này khá phức tạp chưa thực sự phù hợp với điều kiện và con người Việt Nam. Do vậy, việc nghiên cứu xây dựng phương pháp tính toán áp lực và đề xuất mô hình thực nghiệm để đo áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người là cơ sở quan trọng để nghiên cứu thiết kế và chế tạo các loại trang phục thi đấu thể thao, tất, quần áo phục hồi chức năng, và các sản phẩm chỉnh hình thẩm mỹ...

2.2 Đối tƣợng nghiên cứu 2.2.1 Cơ thể ngƣời

Cơ thể con người là một tác phẩm nghệ thuật của tạo hóa, vốn có hình dạng, cấu trúc và kích thước cực kỳ phức tạp. Trong nghiên cứu mô hình hóa cơ thể người, các bộ phận cơ thể được qui về các khối hình học cơ bản tương thích nhất về hình

dạng và cấu tạo. Các bộ phận cơ thể được mô hình hóa ở dạng khối cầu, khối trụ hoặc khối nón, nón cụt [17].

Cơ thể người có cấu tạo rất phức tạp với nhiều bộ phận đảm nhiệm nhiều chức năng khác nhau. Trong giới hạn luận văn, phần đùi được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu chính. Đùi có nhiệm vụ nâng đỡ phần trên của cơ thể, phát động lực điều khiển toàn bộ cẳng chân và bàn chân trong vận động. Phần đùi chịu áp lực tì đè rất lớn đặc biệt khi chơi thể thao. Việc nghiên cứu và tính toán áp lực của quần áo lên phần đùi của cơ thể người nhằm tạo sự thoải mái, bảo vệ, tăng cường khả năng hoạt động của chân hỗ trợ công tác làm đẹp, nâng cao thành tích thi đấu thể thao và chữa bệnh. Phần đùi của cơ thể người có hình dáng đặc trưng cho rất nhiều bộ phận khác đồng thời các sản phẩm bó sát lên bộ phận này cũng rất đa dạng. Có rất nhiều công trình nghiên cứu về cơ thể người đặc biệt là phần đùi để giải bài toán va chạm trong giao thông cũng như bài toán tính toán áp lực của trang phục lên cơ thể.

Hình 2.1: Mô hình tái tạo cơ thể người và phần đùi

2.2.2 Vải dệt kim

Vải được chọn để thực hiện các thí nghiệm trong luận văn là vải dệt kim đan ngang đàn tính cao sử dụng cho sản phẩm áo bơi do công ty Manhattan Beachwear sản xuất. Vải có một số đặc điểm sau:

+ Thành phần nguyên liệu: 80% Nylon/20% Lycra

- Thông số xác định tại phòng thí nghiệm Vật liệu Dệt, Viện Dệt May – Da giầy và Thời trang, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

+ Kiểu dệt: single có cài sợi phụ + Mật độ:

 Cột: 180 / 100 mm.

 Hàng: 220 / 100 mm.

+ Khối lượng riêng: 141 g/m2 xác định theo tiêu chuẩn ASTM D3776. + Độ dày 0,21 mm xác định theo tiêu chuẩn ASTM D1777.

2.2.3 Mút Polyurethane

Mút Polyurethane hình thành do phản ứng giữa isocyanates và polyol. Sử dụng các kỹ thuật phối trộn khác nhau, có thể sản xuất ra polyurethane với những tính chất khác nhau ở dạng sợi, dạng màng, dạng đổ khuôn, dạng nhiệt dẻo, dạng bọt và dạng cán được. Mút được sử dụng trong luận văn là Polyurethane ở dạng bọt.

- Độ dày 30 mm. - Màu vàng nhạt

- Khối lượng riêng: 12,0333 kg/m3.

2.3 Nội dung nghiên cứu

Trong các công trình nghiên cứu về áp lực của trang phục lên cơ thể người, tác giả Seyed Abbas Mirjalili và các cộng sự [17] đã xây dựng mô hình tính toán lý thuyết áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người và so sánh với phương pháp mô phỏng. Tuy nhiên, việc xây dựng công thức tính toán áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể người được thực hiện trên giả thiết cơ thể người là vật liệu tuyệt đối cứng. Xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu của luận văn, kế thừa các kết quả nghiên cứu đã có, nội dung nghiên cứu của luận văn là:

1) Áp dụng kiến thức về cơ học vật liệu và kiến thức giải tích để xây dựng lại công thức tính toán áp lực của quần áo bó sát lên mô hình cơ thể người ở dạng vật liệu tuyệt đối cứng. Phát triển tính toán cho mô hình cơ thể người có dạng là vật liệu đàn hồi.

2) Ứng dụng tính toán số xác định áp lực của quần bó sát lên mô hình phần đùi cơ thể người.

3) Xây dựng mô hình thực nghiệm mô phỏng phần đùi nữ giới, với kích thước vòng đùi và các lớp vật liệu gần với cơ thể người thật.

4) Thực nghiệm đo áp lực của quần bó sát lên mô hình phần đùi cơ thể người và so sánh kết quả với phương pháp tính toán.

2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu

2.4.1 Phƣơng pháp xác định mô đun đàn hồi của vải

Mô đun đàn hồi của vải theo hướng ngang được xác định trong thí nghiệm kéo đứt tại phòng thí nghiệm Vật liệu Dệt, Viện Dệt May – Da giầy và Thời trang, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D4964-96 của Mỹ[23].

- Thiết bị:

+ Máy kéo đứt RTC-1250A của Nhật Bản. + Thước thẳng

- Quy trình thí nghiệm

+ Chuẩn bị mẫu:

Kích thước vùng làm việc của mẫu thí nghiệm: 100 mm x 50mm. Phần mép vải để kẹp giữ mỗi phía là 75 mm. Cắt mẫu thử có kích thước 250 mm x 50 mm (dài x rộng). Khi đo và cắt tránh hiện tượng cắt đứt vòng sợi trong cùng một cột vòng.

Dựa theo tiêu chuẩn ASTM D4964-96, 5 mẫu thí nghiệm được đặt trong điều kiện nhiệt độ 21 ± 1OC và độ ẩm 65 ± 2% trong khoảng thời gian 16 giờ để khử hết ứng suất dư trên vải.

+ Cách tiến hành thí nghiệm:

Đánh dấu khoảng cách làm việc của mẫu với chiều dài là 100 mm. Chỉnh khoảng cách 2 ngàm kẹp là 100 mm. Chọn làm mốc.

Kẹp đầu trên của mẫu vào ngàm trên. Để mẫu vải duỗi thẳng bởi tác dụng của trọng lực. Kẹp đầu còn lại vào ngàm dưới sao cho lực căng ban đầu ≤ 0,02 N, vặn chặt 2 đầu ngàm kẹp. Bắt đầu quá trình kéo đứt mẫu.

Từ biểu đồ Lực – chuyển vị trong khoảng độ giãn <80%, giá trị lực kéo và độ giãn có mối quan hệ tương đối tuyến tính. Dựa vào khoảng tuyến tính này xác định được giá trị mô đun đàn hồi.

Giá trị mô đun đàn hồi được tính theo công thức [45]:

E 

 

Theo tài liệu số [4] trang 151, khi sợi chịu lực kéo giãn nhỏ trong thời gian ngắn và thành phần biến dạng đàn hồi lớn đạt tới 90% lúc đó có thể tính mô đun đàn hồi ban đầu (hoặc mô đun đàn hồi loại một). Như vậy để tính mô đun đàn hồi của vải cần hai điều kiện:

- Lực kéo là tương đối nhỏ. - Thời gian kéo là ngắn.

2.4.2 Phƣơng pháp xác định sự thay đổi lực kéo giãn hƣớng sợi ngang theo thời gian tại các độ giãn khác nhau

Áp lực của quần áo lên cơ thể người suy giảm theo thời gian là bởi hiện tượng lơi của vải, nội ứng suất của vải bị giảm sau một khoảng thời gian bị kéo giãn ở độ giãn nhất định. Hiện tượng này là do khi vải bị kéo giãn, mức độ kéo giãn của các sợi trong vải là không giống nhau. Một số sợi bị kéo giãn nhiều hơn mức trung bình trong khi một số khác bị kéo giãn thấp hơn mức trung bình do ảnh hưởng của yếu tố hướng lực kéo và cấu trúc không đồng đều của vải. Sau đó hiện tượng cân bằng ứng suất xuất hiện, cân bằng ứng suất sẽ làm ứng suất trung bình giảm xuống [7].

Sự thay đổi lực kéo giãn của vải theo thời gian được xác định trong thí nghiệm kéo giãn tại phòng thí nghiệm Vật liệu Dệt, Viện Dệt May – Da giầy và Thời trang, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Việc chuẩn bị mẫu và điều chỉnh thông số vận hành máy được lấy theo tiêu chuẩn ASTM D4964-96 [23].

- Thiết bị:

+ Máy kéo đứt RTC-1250A của Nhật Bản. + Thước thẳng

- Quy trình thí nghiệm

+ Chuẩn bị mẫu

Dựa theo tiêu chuẩn ASTM D4964-96, 20 mẫu thí nghiệm được đặt trong điều kiện nhiệt độ 21 ± 1OC và độ ẩm 65 ± 2% trong khoảng thời gian 16 giờ để khử hết ứng suất dư trên vải.

+ Cách tiến hành thí nghiệm:

Đánh dấu khoảng cách làm việc của mẫu với chiều dài là 100 mm. Chỉnh khoảng cách 2 ngàm kẹp là 100 mm. Chọn làm mốc.

4x5 mẫu thí nghiệm được kéo lần lượt đến các độ giãn 10%, 20%, 30% và 40%, sau đó cho máy dừng lại để theo dõi quá trình thay đổi của lực.

Tiến hành xây dựng biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa lực kéo giãn và thời gian.

2.4.3 Phƣơng pháp xác định mô đun khối của mút

Mô đun khối của mút được xác định cũng trên máy RTC-1250A của Nhật Bản tại phòng thí nghiệm Vật liệu Dệt ở chế độ nén. Thí nghiệm được tiến hành theo tiêu chuẩn ISO 844 và thực hiện theo tài liệu [21]:

- Tốc độ nén là 5 mm/ phút - Khoảng nén là 15 mm.

+ Chuẩn bị mẫu:

Cắt mẫu với kích thước 100x100x30 mm. Ổn định mẫu trong điều kiện tiêu chuẩn ít nhất 16 giờ để khử hết ứng suất dư.

+ Cách tiến hành thí nghiệm:

Đặt mẫu lên bệ đỡ, đặt tấm kim loại lên trên mẫu.

Dịch chuyển đầu nén của máy đi xuống tiếp xúc với tấm kim loại. Từ vị trí tiếp xúc tiếp tục cho đầu nén đi xuống một khoảng 15 mm. Tại vị trí này tiến hành chỉnh 0 cho máy. Đưa đầu nén đi lên về lại vị trí tiếp xúc. Nhấn nút Start để máy chạy tự động. Máy sẽ tự dừng lại khi đầu nén xuống tới vị trí 0.

Tấm kim loại có dạng trụ tròn với đường kính 50 mm, diện tích tiếp xúc với tấm mút là 1962,5 mm2 = 1,9625.10-3 m2.

Phần mềm sẽ vẽ đồ thị quan hệ giữa lực ép và chuyển vị. Giá trị mô đun khối được tính theo công thức [47]:

dP K V dV  Trong đó - V là thể tích mẫu thí nghiệm (mm3) - P là áp lực lên mẫu thí nghiệm (Pa) - K là mô đun khối của mút (Pa)

2.4.4 Phƣơng pháp tính toán lý thuyết xác định áp lực của quần áo bó sát lên cơ thể ngƣời

2.4.4.1 Giả thuyết trong bài toán nghiên cứu

Trong nghiên cứu mô hình hóa cơ thể người, các bộ phận cơ thể được qui về các khối hình học cơ bản tương thích nhất về hình dạng và cấu tạo. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả nghiên cứu mô hình hóa các bộ phân cơ thể người, vật liệu vải và quần áo trên cơ sở các giả thiết sau [17]:

1. Các bộ phận cơ thể người có dạng khối cầu, khối trụ hoặc khối nón, nón cụt. 2. Cơ thể người được coi là đàn hồi tuyến tính tuân theo định luật Hook.

3. Vải được coi là vật liệu đồng nhất, đẳng hướng, đàn hồi tuyến tính. 4. Ma sát giữa cơ thể và vải được bỏ qua.

5. Sự tương tác giữa cơ thể và quần áo đồng nhất tại mọi vị trí.

2.4.4.2 Xây dựng mô hình nghiên cứu

Xét trường hợp tổng quát, cơ thể người là một khối tròn xoay được tạo bởi phương pháp xoay một đường cong 2D quanh 1 trục. Phủ ra ngoài cơ thể một lớp

quần áo bó sát có độ dày là t, khi đó vị trí mỗi điểm trên lớp quần áo sẽ được xác định bởi các thông số: ϕ, θ, r0 (hình 2.4). Trong đó:

- ϕ là góc tạo bởi bán kính cong tại mỗi điểm trên lớp quần áo và trục tung. - θ là góc xác định vị trí mỗi điểm trong mặt cắt theo phương ngang.

- r0 bán kính cong của mỗi điểm trong mặt cắt theo phương ngang.

Xét diện tích nhỏ ABCD trên lớp quần áo được tạo bởi hai mặt cắt đi qua trục xoay và hai mặt cắt theo phương ngang.

Hình 2.4: Mô hình tính toán tổng quát áp lực của quần áo lên cơ thể người

Khi lớp quần áo tác động một áp lực p vào phía trong cơ thể, theo định luật 3 Newton, sẽ có một phản áp lực tác động ngược trở lại lớp quần áo. Phản áp lực này sẽ sinh ra ứng suất σθ ,σϕ theo phương tiếp tuyến với đường cong kinh tuyến và đường cong vĩ tuyến.

2.4.4.3 Phân tích lực lên một đơn vị phần tử diện tích cơ thể người và quần áo

Xét phần tử diện tích nhỏ ABCD trên quần áo. Phản lực do cơ thể tác dụng ngược trở lại diện tích ABCD trên quần áo được tính theo công thức:

r1 là bán kính cong theo phương kinh tuyến của diện tích ABCD.

Hình 2.6: Hình vẽ minh họa thành phần lực tiếp tuyến trong mặt phẳng đi qua tâm xoay và mặt phẳng nằm ngang lên phần tử diện tích quần áo

Phản lực F sẽ sinh ra lực tiếp tuyến và kéo giãn diện tích ABCD theo phương kinh tuyến.

- là lực kéo theo phương kinh tuyến - là ứng suất theo phương kinh tuyến - t là độ dày của lớp quần áo

Tổng hợp của 2 vec tơ lực sẽ hướng vào tâm O và có độ lớn:

F

 = ( ) ( )

Phản lực F cũng sẽ sinh ra lực tiếp tuyến và kéo giãn diện tích ABCD theo phương vĩ tuyến.

- là lực kéo theo phương vĩ tuyến - là ứng suất theo phương vĩ tuyến

Khi đó tổng hợp của 2 véc tơ lực kéo theo phương vĩ tuyến sẽ hướng vào tâm O1’. Với góc dϕ nhỏ, O1’ trùng với O1. Lực tổng hợp theo phương vĩ tuyến có độ lớn:

F

 = ( ) ( )

Phương trình (2) và (3) là độ lớn các thành phần lực hướng tâm do lớp quần áo tác dụng lên cơ thể người mặc. Nhiệm vụ đặt ra là xây dựng công thức tính toán áp lực của quần áo lên cơ thể.

2.4.4.4 Ứng dụng phần mềm Maple 16 tính toán số áp lực của quần áo lên cơ thể người [22] người [22]

Maple là phần mềm do một nhóm các nhà khoa học của Canada thuộc trường đại

Tất điều trị suy giãn tĩnh mạch

Phương pháp đo thực nghiệm