极高海拔登山裤运动舒适性关键技术研究
作者单位：西南大学
学位级别：硕士
导师姓名：周莉
授予年度：2022年
学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 08[工学] 082104[工学-服装设计与工程]
摘 要：极高海拔(5000米以上)登山运动是人体下肢关节运动中最复杂的运动项目之一,它不仅要求登山人员具备良好的身体素质,还要求在运动过程中穿着专业的、具有良好运动性能和热湿性能的登山装备。现有的极高海拔登山服装款式偏向于连体结构,虽然服装系统的隔热性能较好,但登山过程中裤装在运动适应性、热湿舒适性等方面仍然存在一定的问题,如散湿散热性较差、穿脱不便利、适用范围较小、臃肿厚重等。现有文献中,对裤装的研究主要集中在运动裤、西裤、冲锋裤的运动舒适性、合体性等方面,对户外低温环境防寒运动裤的研究较少,不能系统解决极高海拔登山运动对裤装保暖性、运动舒适性的需求问题。因此,本课题基于极高海拔登山影响因素与人体登山运动形变规律的研究,通过结构设计优化与制版参数调整等服装关键技术,制作满足登山人员运动适应性、热湿舒适性需求的极高海拔登山裤,主要研究内容及结果如下:1极高海拔环境登山运动的影响因素研究以珠穆朗玛峰为例,首先,采用文献研究法、对比分析法得出每年5月登顶成功率最高。其次,对攀登线路以及登山期间的气候因素进行研究,得出极高海拔山地的地形特征和气候特征,确定登山裤在隔热性能、防风性能、运动性能等方面的需求。最后,对专业登山运动员的体型与身体素质进行分析,得出专业登山运动员的体型特征和运动代谢等特点,确定登山裤在耐磨性、散湿散热性、裤装结构特征方面的需求。2登山运动状态下人体皮肤形变规律研究(1)根据专业登山运动员的身体特征与运动特点,结合人体下肢关节运动特征,确定1个站立动作与8个登山动作作为人体皮肤形变实验的测量动作,选取10名具有极高海拔登山经验的专业登山运动员与2名普通男子作为测量对象。采用三维扫描仪对12名研究对象9个动作的下肢形态进行扫描,获得人体下肢的点云模型,并提取人体下肢围度尺寸、长度尺寸以及细部尺寸。(2)通过SPSS软件对所得数据进行处理与分析,获得人体下肢8组围度尺寸、7组纵向尺寸,并对皮肤形变率进行计算,获得围度线和纵向线的皮肤形规律。对不同动作状态下,各区域的细部尺寸与静止站立状态下相应的线段尺寸进行配对样本T检验,获得变化显著的区域为臀部、裆部、大腿内部以及膝关节前部;通过对这些部位进行分析,获得皮肤形变率与形变量,为登山裤的结构设计提供理论依据。3登山裤结构设计研究与样衣制作(1)根据登山环境因素与登山运动时人体皮肤形变规律,对登山裤的运动适应性、热湿舒适性需求进行分析,确定登山裤的分割方式与款式设计。(2)对裤装结构与人体静态体型特征、动态形变规律之间的关系进行研究分析,结合人体登山运动皮肤形变规律,确定登山裤控制部位的尺寸,绘制登山裤基础样板。对登山裤各部位的活动量与细部结构进行调整,确定登山裤的结构设计方案。(3)选取两款GORE-TEX面料,对其抗勾丝性能、隔热性能、透湿性能和防风性能进行测试。结果表明:两款面料基本能够满足极高海拔裤装功能性需求,因此确定为登山裤的面料。(4)对登山裤的制作工艺进行分析,采用压胶工艺与立体充绒的方式保证登山裤的保暖性能,并对登山裤的样衣进行制作。4登山裤着装运动舒适性主客观评价(1)采用暖体假人测试系统对登山裤的热阻与湿阻进行测试。结果表明:登山裤各区域的热阻较大,基本能满足人体在-20℃的低温环境中对裤装总保暖量的需求。登山裤各区域的湿阻较大,透湿性能较差,可以通过登山裤侧缝的开口设计辅助登山裤的散热散湿,提高登山裤的热湿舒适性。(2)通过极地气候室、温度记录仪对登山裤在-15℃和-30℃环境中的保暖性进行研究,结果表明:在-15℃环境中,登山裤基本能满足人体对裤装保暖性需求;在-30℃环境中,则需要结合人体运动增加产热,保证人体衣下微气候温度的稳定。(3)采用真人试穿主观评价法对登山裤的着装束缚感受进行评价,结果显示:登山裤整体的运动舒适性较好,束缚感较低;下蹲与单腿跪姿时,人体膝部、裆部产生轻微的压迫感,但是在可接受范围,不影响登山裤运动舒适性。综上,本课题设计研发的登山裤具有较好的运动舒适性,能够满足极高海拔环境的登山需求。在之后的研究中,可采用有限元仿真对衣下空气的流动规律进行模拟;对下肢的运动机制及劳损进行研究,为提高登山裤的舒适性能提供理论依据。
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