Biểu đồ lực ké o chuyển vị của các mẫu vải

(a) 5 mẫu vải kéo theo chiều dọc; (b) 5 mẫu vải kéo theo chiều ngang

Hình 2.8 minh họa biểu đồ lực kéo và chuyển vị của 10 mẫu thí nghiệm kéo, trong đó (a) 5 mẫu kéo theo phương dọc và (b) 5 mẫu kéo theo phương ngang của vải. Biểu đồ trên hình 2.8 chỉ ra mối quan hệ tuyến tính giữa lực kéo và chuyển vị chi phối hầu hết ứng xử của vật liệu. Thời điểm giá trị lực kéo và độ giãn của mẫu có mối quan hệ tuyến tính tương ứng với độ giãn khoảng ˂80% của các mẫu vải trong thí nghiệm được xác định tính mơ đun đàn hồi của vải theo hướng dọc và hướng ngang [66].

* Mô đun đàn hồi trượt (đơn vị - Mpa): Sử dụng thiết bị kiểm tra độ bền kéo tại phịng thí nghiệm cao su - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, mẫu thử có kích thước chiều dài 20 cm, chiều rộng 5 cm. Tốc độ biến dạng trượt trong thời gian 8.34 x 10-3 giây với tải trọng khơng đổi 10 gf/cm, góc cắt tối đa 80.

* Hệ số Pốt xơng (υ): Là tỉ số giữa độ biến dạng hông (độ co, biến dạng co) tương đối và biến dạng dọc trục tương đối (theo phương tác dụng lực). Thí nghiệm trên máy kéo đứt RTC-1250A của Nhật Bản tương ứng với độ giãn khoảng 80% [66], dựa vào cơng thức (2.4) để tính hệ số Pốt xơng của mẫu vải trong thí nghiệm.

trans axial

v  

 (2.4)

Trong đó: ɛtrans biến dạng ngang; ɛaxial biến dạng dọc trục

L ự c k éo ( N) (a) (b)

Trong nghiên cứu này hệ số pốt - xơng (v) theo các hướng được giải thiết như nhau v12 v21v23 v.

* Khối lượng riêng (tấn/mm3): Vải sử dụng trong nghiên cứu được giả định là

vật liệu đồng nhất, khối lượng riêng tại mọi vị trí là như nhau. Dựa vào cơng thức tính (2.5).

D m V

 (2.5)

Trong đó: D là khối lượng riêng, đơn vị (tấn/mm3); m là khối lượng, đơn vi (tấn); V là thể tích, đơn vị mm3 (khối lượng m được tính dựa trên độ dày và khối lượng/m2 của vải).

2.3.1.4 u cầu q trình nghiên cứu mơ phỏng a. Hệ thống máy tính

Q trình thí nghiệm được thực hiện tại phịng máy tính Viện Khoa học và Kỹ thuật vật liệu - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Các thông số cơ bản của hệ thống máy tính như sau:

o Hệ điều hành Windows 7 Professional (64 bit)

o Bộ vi xử lý Intel® Core™ i7-8700

o Bộ nhớ Ram 16 GB

o Ổ cứng HDD Seagate Barracuda 1TB

o Cạc màn hình VGA Gigabyte N1050OC-2GD (NVIDIA Geforce/ 2Gb/ DDR5/ 128Bit)

b. Phần mềm mô phỏng sử dụng trong nghiên cứu: Phần mềm ABAQUS/CAE 6.14-1.

c. Các bước tiến hành cài đặt thông số cho phần mềm mô phỏng

Bước 1: Khởi động phần mềm

Bước 2: Trong chế độ (Part) nhập file dữ liệu mơ hình phần đùi vào phần mềm, xây dựng mơ hình ống quần theo các thơng số đã tính tốn theo độ giãn ngang của ống vải

Bước 3: Trong chế độ (Property) cài đặt mơ hình thuộc tính cho các thành

phần Da, mô, xương và vải

Bước 4: Trong chế độ (Assembly) lắp ghép các thành phần như da, mơ, xương; đặt vị trí ống quần mặc vào phần đùi cơ thể

Bước 5: Trong chế độ (Step) cài đặt các bước di chuyển ống quần

Bước 6: Trong chế độ (Interaction) lựa chọn kiểu tiếp xúc giữa xương với mô, giữa mô với da, giữa mặt trong của ống quần với da

Bước 7: Trong chế độ (Load) cài đặt điều kiện biên và chuyển vị Bước 8: Trong chế độ (Mesh) chia lưới các phần tử

Bước 9: Trong chế độ (Job) chạy phần mềm xử lý kết quả

2.3.1.5 Phương pháp phân tích kết quả mơ phỏng số áp lực ống quần lên phần đùi cơ thể

Nghiên cứu tiến hành phân tích kết quả mơ phỏng số áp lực dựa trên dữ liệu của phần mềm được thể hiện qua biểu đồ màu sắc và dữ liệu số, các kết quả được phân

tích và vẽ biểu đồ dựa trên ứng dụng của phần mềm Excel và phần mềm SPSS. Nghiên cứu tập trung vào phân tích các kết quả chính phục vụ cho mục đích thiết kế sản phẩm theo các yêu cầu sử dụng như sau:

- Phân tích sự phân bố của áp lực của ống quần lên phần đùi cơ thể dựa vào biểu đồ màu sắc và giá trị áp lực tại các điểm nút nằm trên mặt cắt ngang phần đùi cơ thể

- Phân tích ứng suất dựa vào biều đồ màu sắc và giá trị ứng suất tại các điểm nút nằm trên bề mặt ống vải

- Phân tích mối quan hệ giữa áp lực và độ giãn ngang của ống vải

- Phân tích mối quan hệ giữa độ giãn ngang và độ giảm kích thước vịng đùi - Phân tích biến dạng trên mặt cắt ngang vịng đùi

- Phân tích sự phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang vòng đùi

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

2.3.2.1 Yêu cầu của hệ thống đo áp lực quần mặc bó sát lên cơ thể người

Để đánh giá độ tin cậy của kết quả mô phỏng tính tốn, kết quả thu được từ nghiên cứu mô phỏng sẽ được đánh giá bằng thực nghiệm. Do trong điều kiện nghiên cứu của Việt Nam chưa có thiết bị đo áp lực của quần trực tiếp trên cơ thể người mặc. Nghiên cứu tiến hành thiết lập hệ thống đo áp lực đáp ứng các yêu cầu nội dung của luận án đặt ra. Dựa trên các điều kiện về linh kiện, khả năng chế tạo, giá thành so với thiết bị đồng bộ của nhà sản xuất, nghiên cứu đã phân tích ưu nhược điểm, nguyên lý cấu tạo và hoạt động của các loại cảm biến lực sử dụng trong đo áp lực quần lên cơ thể người (nội dung chi tiết được trình bày trong phần phụ lục 1 của luận án). Nghiên cứu lựa chọn cảm biến Flexiforce A201 để thiết kế hệ thống đo với các tính năng cơ bản như sau: Thiết bị có dải đo đáp ứng yêu cầu khảo sát áp lực trang phục lên cơ thể người từ 0 đến 7000 Pa (khoảng 50 mmHg); sai số trong vùng cho phép; thiết bị kết nối với cổng USB máy tính qua bộ thu phát không dây. Phần mềm cho phép hiển thị kết quả đo ở dạng biểu đồ và dạng hiển thị số.

2.3.2.2. Đặc điểm và thông số kỹ thuật của cảm biến sử dụng trong nghiên

cứu

Flexiforce A201[67] là một loại cảm biến lực hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện trở với độ dày 0.208mm, chiều rộng và chiều dài là (14 x 203 mm). Bộ phận tác dụng của cảm biến (dùng để đặt lực) chính là phần bên trong vành tròn màu bạc ở một đầu cảm biến có đường kính 9.53mm, các dây dẫn (lớp bạc dẫn điện) kéo dài từ phần tác dụng này tới phần đầu kết nối (đầu còn lại) của cảm biến. Đầu nối này bao gồm các dăm đực vng, do đó dễ dàng kết nối với các mạch đo bên ngồi như hình 2.9.

Hình 2.9. Cảm biến Flexiforce A 20[67]

Cảm biến lực FlexiForce A201 có nhiều ưu việt so với các dòng cảm biến lực cùng loại được thể hiện trong bảng 2.2 như: độ tuyến tính cao hơn, ít trễ hơn, ít trơi và ít thay đổi kết quả đo theo nhiệt độ.

Bảng 2.2. Các thông số đặc trưng cảm biến [67].

Sai số tuyến tính < +/-5%

Độ lặp lại kết quả đo < +/-2.5% toàn dải (cảm biến đã được tinh chỉnh, 80% tải) Độ trễ < 4.5% toàn dài (cảm biến đã được tinh chỉnh, 80% tải) Độ trôi theo thời gian < 5% theo thang logarithm thời gian (90% tải, giữ liên tục) Thời gian đáp ứng < 5ms

Nhiệt độ hoạt động 150 F tới 1400 F (-90 C tới 600 C) Dải lực đo 0 - 1 Ib. (4.4N)

2.3.2.3. Thiết kế nguyên lý hoạt động của thiết đo sử dụng cảm biến [67.68]

Để đo chính xác áp lực đặt lên cảm biến, kết quả đo được xử lý qua một số khâu biến đổi. Những khâu này nằm cả ở chế tạo phần cứng và xử lý phần mềm. Hình 2.10 mơ tả sơ đồ khối chức năng của thiết bị đo sử dụng cảm biến Flexiforce A201.

Hình 2.10. Sơ đồ khối chức năng

Từ hình 2.11 ta thấy tín hiệu từ cảm biến được khuếch đại bởi IC khuếch đại đại thuật toán LM 324, phân áp R9/R13 làm nhiệm vụ tạo điện áp chuẩn 1V, có hai bộ lọc thông thấp C9// Rf và R24 nối tiếp C5.

Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý mạch đo.

Mạch này có cơng thức: 1 R Vout f Vin Rs             (2.6) Sensor FlexiForce Mạch khuyếch đại đo Khối vi điều khiển Mạch phát tín hiệu RF Mạch thu tín hiệu RF Mạch chuyển đổi kết nối

UART sang USB Khối xử lý dữ liệu và

giao diện trên PC

F

Với Rf là điện trở phản hồi. Còn Rs là điện trở của cảm biến FlexiForce; với Vin chọn cố định là 1V và Rf chọn cố định thì điện áp đầu ra Vout tỉ lệ nghịch với Rs, tức là tỉ lệ thuận với áp lực F.

Từ công thức trên, ta thấy điện áp ra Vout sẽ biến thiên tuyến tính theo 1/Rs tức

là tuyến tính theo điện dẫn của cảm biến. Mặt khác, điện dẫn này lại tỉ lệ tuyến tính với áp lực tác dụng lên cảm biến, như vậy về lý thuyết ta sẽ thiết lập được mối quan hệ tuyến tính giữa điện áp ra và lực tác dụng lên cảm biến.

Toàn bộ hoạt động của thiết bị đo được điều khiển bởi vi điều khiển STM 8S003F3. Bốn bộ chuyển đổi ADC 10 bit để đọc và chuyển đổi giá trị điện áp đầu ra mạch khuếch đại đo lường thành dạng số, thuận tiện cho việc lưu trữ, truyền và xử lý. Tần số trích mẫu 10 Hz (10 mẫu trên giây) [68]. Mạch thu phát tín hiệu khơng dây sử dụng module thu phát song radio VT - CC1110 - 433M sản xuất bởi V-Chip, Trung Quốc, trên nền tảng chip thu phát radio C1110 của hãng Texas Instruments.

2.3.2.4. Xây dựng chương trình phần mềm

Phần mềm có một số tính năng cơ bản như: kết nối với phần cứng để thu thập dữ liệu mạch đo, hiển thị kết quả đo của 4 cảm biến dưới các dạng biểu đồ cột và hiển thị số; thể hiện sự thay đổi của lực tác dụng lên từng cảm biến theo thời gian thực.

Có hai chế độ hiệu chỉnh: thứ nhất, theo phần trăm tải (tải tối đa là 450g), chế độ này cho phép hiệu chỉnh nhanh theo 2 điểm để kiểm tra hoạt động của cảm biến. Thứ hai, theo quả nặng thực tế, có thể dựng đường đặc tính thực nghiệm gồm 12 điểm, từ đó nội suy ra quan hệ cân nặng (áp lực) lên cảm biến.

Phần mềm đo cho phép thay đổi diện tích bề mặt của đầu đo theo yêu cầu sử dụng, giá trị áp lực của vải lên bề mặt F được tính theo cơng thức sau đây:

9.8* 1000* P F s  N/m2 (Pa) (2.7)

trong đó: P - áp lực đo được bởi đầu đo, N/m2 (Pa); S - diện tích bề mặt của đầu đo, m2;

Để giải quyết các yêu cầu nêu trên nghiên cứu tiến hành xây dựng chương trình phần mềm dựa vào cơ sở lưu đồ thuật toán được chỉ ra trong hình 2.12.

Hình 2.12. Lưu đồ thuật tốn chương trình

2.3.2.5. Phương pháp đánh giá kết quả đo của hệ thống

Tham khảo tiêu chuẩn của cảm biến FlexiForce [67] về đánh giá kết quả đo, nghiên cứu thực hiện đánh giá hệ thống đo áp lực với 3 nội dung sau:

- Đánh giá độ chính xác kết quả đo: Dựa vào bộ quả cân tiêu chuẩn tiến hành đo vào 3 mốc thời gian khác nhau, từ kết quả thu được tiến hành phân tích đánh giá độ sai số kết quả đo giữa các mốc thời gian với nhau, so sánh sai số kết quả đo khi sử dụng quả cân nặng khác nhau. Dựa trên các kết quả phân tích để lựa

Tính tốn hệ số Quy đổi Chọn cảm biến và điểm đo Kết nối Chọn cách hiệu chỉnh (Calibrate)

Theo % Theo cân nặng

Đo mức

toàn tải Đọc giá trị trả về

Và lưu vào bảng Bắt đầu Đo mức khơng tải Hồn tất và tính tốn đường đặc tính Chạy Chọn cảm biến cần hiển thị Chọn lưu hay không lưu

Đọc dữ liệu từ cảm biến Tính tốn và quy đổi Vẽ đồ thị và hiển thị số liệu

chọn khoảng đo có sai số nhỏ nhất mà vẫn đáp ứng được yêu cầu đo áp lực của quần áo lên cơ thể người mặc.

- Đánh giá độ trôi kết quả đo: Lựa chọn 5 quả cân có khối lượng là 50, 100, 200, 300 và 400 g, đặt từng quả cân lên đầu đo và ghi lại kết quả theo các mốc thời gian trong 10 phút. Phân tích kết quả thu được theo các mốc thời gian để biết sự thay đổi kết quả đo theo thời gian đối với cùng một mức cân nặng và so sánh sự thay đổi giữa 5 mức cân nặng ở trên.

- Đánh giá tính kinh tế của hệ thống đo: So sánh hệ thống đo áp lực theo một số hạng mục: chi phí đầu tư, hiệu quả sử dụng.

2.3.2.6 Hướng dẫn sử dụng hệ thống đo áp lực

Bước 1: Kết nối hệ thống đo với máy tính qua cổng kết nối USB Bước 2: Khởi chạy phần mềm của hệ thống đo

Bước 2: Sử dụng quả cân tiêu chuẩn có khối lượng từ 10, 20, 30, 50, 100, 150,

200, 250, 300, 400, 450 g để hiệu chỉnh đường đặc tính của hệ thống đo.

Bước 3: Đặt cảm biến vào vị trí cần đo áp lực của vải lên cơ thể người, đặt cảm

biến sao cho nằm êm giữa cơ thể người và bề mặt trong của lớp vải.

Bước 4: Để đối tượng đo đứng im theo đúng các tư thế vận động cho trước

trong khoảng 30 giây, quan sát trên màn hình hiển thị kết quả đo thấy giá trị ổn định tiến hành lưu kết quả đo. Mỗi điểm đo lấy 5 kết quả sau đó tính giá trị trung bình làm kết quả đo cuối cùng.

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

Dựa trên kết quả mô phỏng áp lực của ống vải lên mơ hình phần đùi cơ thể người mặc theo các độ giãn khác nhau, giá trị áp lực và sự phấn bố áp lực tại các khu vực trên phần đùi cơ thể người mặc được nghiên cứu phân tích và thu thập. Các kết quả này được sử dụng làm cơ sở tham chiếu, lượng tính giá trị áp lực tại các vị trí cần đo, từ đó giúp cho q trình đo thực nghiệm được dễ dàng và rút ngắn được thời gian đo, tránh được sai số chủ quan của người đo như đặt cảm biến bị lệch, cơ thể người đo chưa đứng đúng tư thế yêu cầu…

2.3.3.1 Đối tượng thử nghiệm

Nghiên cứu tiếp tục lựa chọn đối tượng phục vụ cho thử nghiệm mặc quần gen định hình thẩm mỹ trong nhóm 350 nữ sinh viên đã đề cập trong mục 2.3.1.1 chương 2 của luận án. Để đảm bảo tính đồng nhất của các mẫu đo, tiến hành lựa chọn các đối tượng có các thơng số cơ thể về chiều cao, cân nặng, vịng bụng, vịng mơng, vịng đùi và chỉ số BMI có sự khác biệt nhỏ nhất. Nghiên cứu tiến hành thống kê phân tích các số liệu nhân trắc, lựa chọn các đối tượng có độ lệch chuẩn (SD) nhỏ nhất về chiều cao, cân nặng, vịng bụng, vịng mơng, vịng đùi và chỉ số BMI dựa trên cơng thức 2.8.

 2 * i i SD n X f x                Với n  30 (2.8)

Độ lệch chuẩn (SD) còn gọi là độ lệch trung bình bình phương. Độ lệch chuẩn là đặc trưng được dùng để đánh giá độ tản mạn của một phân phối hay nói lên mức độ phân tán của các giá trị xi so với số trung bình.

Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, tác giả chọn số lượng tối thiểu n = 30 (đối tượng) để phục vụ cho các thử nghiệm đánh giá cảm nhận chủ quan của người mặc về cảm giác áp lực tiện nghi lên vùng bụng, vùng mông và vùng đùi trong quá trình mặc quần gen định hình thẩm mỹ.

2.3.3.2 Sản phẩm thử nghiệm

Hình 2.13. Đặc điểm hình dáng sản phẩm.

Dựa trên sản phẩm mẫu quần gen được phân phối rộng rãi trên thị trường, có kích thước, kết cấu phù hợp với nội dung nghiên cứu của luận án. Nghiên cứu đã lựa chọn 5 cỡ quần gen định hình của hàng Uniqlo Nhật Bản, mẫu vải đã được xác định