摘要：主要从客观服装压力测试方法、服装压力分布数字化模拟及生物力学模型以及软体假人等 3 方面介绍了着装压力分布在国内外的研究进展，结合着装压力对人体生理方面影响和在辅助医疗方面的现有应用，分析了着装压力分布在人体健康领域中的应用特性和价值，从服装压力测试系统和服装压力分布预测系统两方面预测了未来的发展方向。
关键词：压力分布；生理监测；压力测试；数字化模拟；有限元
中图分类号：TS 941.16 文献标志码：A
Progress in the Research of Health Field-oriented Clothing Pressure
Abstract： This article introduced the progress made in the research at home and abroad on clothing pressure distribution from three aspects： the methods for objective garment pressure testing， digital simulation of clothing pressure distribution， and biomechanical models & dummies. It analyzed the features and importance of using clothing pressure distribution in the field of human health and forecasts its developing trend according to clothing pressure testing system and clothing pressure distribution prediction system.
Key words： pressure distribution； physiological monitoring； pressure test； digital simulation； finite element
适当的服装压力大小及其分布对身体表面的包裹性效果、运动防护、康复治疗等方面能起到促进的作用。本文从着装压力在健康领域中的应用角度出发，阐述了服装压力分布的研究进展，总结了服装压力在健康领域现有应用和对人体生理影响的研究成果，最后展望了服装压力测试及分布预测系统在未来的发展趋势。
1 着装压力分布研究进展
1.1 服装压力测试方法
研究者在早期大都使用自主设计的压力测试装置，新的测试方法和测量仪器的出现促进了压力测试精度和准确度的提高。目前广泛用于测量服装压力的测试法原理及特点汇总见表 1。
基于Laplace方程和人体围度方向上的椭圆力学模型，王金凤建立了人体任意点在围度上的服装压力模型，依据在人体围度上弹性面料拉的伸变形，分析了人体各部位与服装压力的关系。Laplace服装压力公式如下：
式 1 中：P表示织物接触压力；R表示对应部位的曲率半径；T表示织物拉伸张力；V表示垂直方向；H表示水平方向。
罗笑南等以弹性力学的薄膜大变形为理论，通过求解三维着装紧身内衣上分布点的应力，利用拉格朗日乘数法，依据弹性力学最小位能原理，算出了弹性内衣作用于人体的三维着装压力，对服装CAD试衣效果提供了方法。
王建民等利用基于物理模型的插值体细分方法，对服装压力分布和弹性体变形进行了研究，实现了人体着装压力分布的计算和动态体变形过程的模拟。采用MAPLE建立和计算数学模型，通过C++Builder和OpenGL生成了结果的显示。
有限元全称有限单元法，它运用力学分析中的数值法，把连续的介质或构件离散成由有限个单元组成的集合体来表示。
Mirjalili等采用Ansys9.0有限元分析软件对弹性服装和人体的接触部位进行了有限元建模和数据分析，对比发现与仪器测试所得数值最大误差不超过7%。证明了有限元压力模拟法对人体着装压力的有效性。
在Li等的研究中将女体胸部看作为弹性体，躯体为刚体，胸罩作为几何非线性和材料线性，接触面为动态滑移界面，建立了女体三维力学模型。应用有限元法计算得到了文胸与女性胸部动态接触的模拟结果。
参照医学资料和中国可视化女体断层照片，刘红通过MATLAB 7.0编程得到女体胸围截面及体内软组织层、骨骼层曲线上的点坐标。将各点输入Ansys10.0得到女体胸围截面的实体模型。
外界环境的改变、人体生理或心理的变化对压力测试都有可能影响测试结果。且在极端气候环境下对正常人进行实验十分困难。为了有效避免以上问题，研究者开发出了可用于测试服装压力的假人系统。
2005年Fan等用标准假人模特代替真人模特预测了穿着腹带后的压力分布。所用假人经真人扫描数位化制成假人外形，弹性模量跟也真人相似，研究结果表明该假人的预测性比较准确。
智能人体假人测试系统LLY-56A将 8 个高精度压力传感器嵌入到了假人体表直接测量特定部位的压力。此外，此款假人还可在前中线和后中线处最大横向扩张 5 cm来模拟不同人体维度。 2 服装压力与医疗监护
2.1 服装压力对生理系统的影响
服装生理学评价方法一般被用来评价服装压力对人体生理影响，评价指标有心率、血压、血流量、心电图、温度、出汗率等。
要保证人体正常生理代谢需要八大系统协调运作，人体特定系统在服装压力影响下产生的变化也有可能和其他系统的变化有关系。
2.2 服装压力在健康领域中的应用
2.2.1 辅助康复治疗
在医疗领域，压力服装可以被用来辅助愈合增生性症痕、防止骨位异化、预防静脉和血栓和提高关节的灵活性等。Best发现紧身袜可以有效地预防血栓，穿着理想压力阶梯紧身袜比穿着相反压力梯度紧身袜患静脉血栓的概率小19.5%。Platts模拟了太空飞行的条件，结果表明美国航空航天局和俄罗斯联邦航天局所用的压力服装都对防止直立不耐受有一定的效果。
2.2.2 生理监测
心电、血压、呼吸和体温等生理信号的采集可以起到监测人体健康状况的作用。将医用传感器微型化并集成到服装中就可以实现低心理负荷的信号连续监测。包括心电信号在内的大多数生理信号都十分微弱，需足够的压力保证传感器或电极与皮肤密切接触，才能稳定正常输出。压力过大或分布不合理又有可能影响到人体的心率、呼吸和体温等。且服装压力的大小直接影响到服装与人体之间的动态滑移，这种滑移有可能对生理信号造成干扰。
东华大学许俊鹏测试了不同运动强度下压力服装的心电信号，指出电极-皮肤之间压力值与运动的剧烈程度正相关，压力范围在0.5 ～ 1.4 kPa之间可以同时保证着装舒适性和心电信号的稳定采集。
3 前景展望
获得服装对人体的压力值一般有直接测量和预测两种方法。直接测量人体与服装之间的压力对测试系统的要求比较高；要做到准确地预测着装压力也需要准确把握人体与服装的形状等特性。
3.1 服装压力测试系统
此外，想要利用压力测试设备来测量服装压力分布大小就要对测试用服装或人体进行网格的划分，如何有效的进行网格的划分也是有待解决的问题。
3.2 服装压力分布预测系统
服装压力分布预测系统可以帮助实现在服装设计初期，通过面料弹性和服装松量的设定就够预测服装的压力分布，以此调整服装结构和面料，设计出适当压力的服装；对于特殊体型的人，也可以调节人体模型或直接对其三维扫描再通过逆向工程技术获取其人体模型，进行压力预测模拟从而做到量身定制。预测压力分布的准确性往往取决于各种边界条件的设置，目前研究中，将人体视为弹性体，但这些研究对人体的组织结构没有进行深入研究，只是考虑了皮肤和骨骼的弹性模量和密度等参数。要进一步提高服装的舒适性与功能性，首先必须对人体进行深入研究，其中包括人体形态特征、人体运动时各部位的力学特征、人体着装后的生理、心理变化等。
4 结束语
服装压力分布应用的范围越来越广。从塑身衣、弹力袜等到生理监测服装，这些产品都与服装压力分布和大小有着密不可分的关系。本文通过综述前人服装压力测试方法，压力分布数字化模拟以及对医疗影响的研究，提出了自己的研究思路，今后将在服装压力测试及预测准确度上做进一步的探讨。
参考文献
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