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基于有限元法的羽绒保暖性分析与预测

基于有限元法的羽绒保暖性分析与预测

作者：吴佳玥浙江理工大学

学位级别：硕士

保暖性是决定消费者购买羽绒服、羽绒制品的关键因素之一。因此,进一步加深对羽绒保暖性的探究,对于满足消费者热舒适性需求和羽绒服保暖性设计十分必要。传统羽绒制品的保暖性测试方法包括客观实验法以及主观评价法,此类方法稳定性较... 详细信息

保暖性是决定消费者购买羽绒服、羽绒制品的关键因素之一。因此,进一步加深对羽绒保暖性的探究,对于满足消费者热舒适性需求和羽绒服保暖性设计十分必要。传统羽绒制品的保暖性测试方法包括客观实验法以及主观评价法,此类方法稳定性较差、成本较高,而计算机仿真模拟可以一定程度上弥补这一缺陷,因此通过建立数值模型对织物传热性能进行模拟已成为当下重要发展趋势。本课题从影响羽绒保暖性的三个因素——织物、填充密度和绗缝数量入手,探究其对羽绒保暖性的影响。测试不同组合条件下羽绒实验袋试样的克罗值,并利用ANSYS workbench有限元软件建立不同条件下“织物-羽绒-空气-皮肤”组合体的几何模型,通过稳态热分析模拟获得模型表面以及内部的温度分布情况,提取其热流密度及内外表面平均温度,计算其克罗值。最后,将有限元模拟的数据结果作为基础样本,建立BP人工神经网络模型,以预测不同条件下羽绒实验袋外表面平均温度、热流密度、模拟克罗值及实验克罗值等保暖性能指标。课题主要研究内容和结论如下:(1)制作不同织物、不同填充密度、不同绗缝数量的羽绒实验袋试样,测试其克罗值。得到结论:1)织物对羽绒保暖性存在影响,且随着填充密度的增大影响增大。2)填充密度对羽绒保暖性存在显著影响,随着填充密度的增加,试样克罗值呈先上升后下降再上升的趋势。3)绗缝数量对羽绒保暖性存在显著影响,随着绗缝数量的增加,试样克罗值整体呈减小的趋势。(2)利用ANSYS workbench有限元软件建立“织物-羽绒-空气-皮肤”组合体的简化三维模型,模拟不同条件下模型的稳态热传递情况,并计算得到模型的克罗值,结果显示不同织物模型的最大相对误差为5.38%,不同填充密度、不同绗缝数量模型的最大相对误差为3.85%,该模型适用于羽绒保暖性的预测。(3)利用ANSYS workbench有限元软件对“织物-羽绒-空气-皮肤”组合体进行稳态热分析,得到以下结论:1)人体皮肤的热量是沿模型厚度方向以及x方向多维传递的。不同织物对皮肤热量在模型厚度方向的传递存在影响,厚度相同的模型沿厚度方向传递的热量相同,并且填充密度越大影响越大。因此在选择羽绒制品覆盖的织物时,在满足羽绒制品的防钻绒、防风、透气等需求基础上,首先选择导热系数较小的织物,当织物导热系数较大时,尽量选择弹性较大的织物,使得羽绒制品蓬起厚度更大,保暖性更好。2)随着填充密度的增大,外表面平均温度逐渐下降,羽绒保暖性越好,当填充密度为60g/m～120g/m时,外表面温度随填充密度的增大而减小,且温度变化程度较大;当填充密度为140g/m～200g/m时,模型外表面温度逐渐减小,但差距较不明显。因此在选择羽绒服填充密度时,当身处于对保暖性需求较低的环境时,填充密度选择120g/m是最适合的,不仅保暖性好且节约成本;而当身处于对保暖性需求较高的环境时,填充密度选择200g/m及以上,保暖性会更好。3)随着绗缝数量增加,外表面平均温度逐渐增加,羽绒保暖性越差。因此在设计羽绒制品、羽绒服时,在绗缝起到了固定羽绒作用的基础上,尽量选择较少的绗缝数量。4)进一步探究热流密度、外表面平均温度、克罗值与填充密度、绗缝数量之间的关系,结果表明填充密度、绗缝数量与热流密度、外表面平均温度、克罗值呈显著性相关,通过进行多项式回归,可以分别建立热流密度、外表面平均温度、克罗值与填充密度、绗缝数量的三次函数模型,因此填充密度、绗缝数量可以反映羽绒实验袋试样的保暖性能。(4)将织物导热系数、羽绒填充密度、羽绒导热系数、绗缝数量作为BP人工神经网络的输入值,将有限元模拟得到的热流密度、外表面平均温度、模拟克罗值以及实验测试得到的实验克罗值作为输出值,建立BP人工神经网络模型,训练完成后模型的预测误差均在10%以内,说明建立的模型效果较好,可以较准确的预测不同织物、不同填充密度、不同绗缝数量条件下模型的保暖性能。本课题的研究为羽绒-织物组合体的保暖性能的模拟与计算提供了技术支持,可以简化通过测试来评判保暖性的过程,用于羽绒制品设计阶段的保暖性能优化。

关键词：有限元仿真羽绒保暖性克罗值热传递 BP神经网络

聚氨酯材料在服装设计中的保暖性与透气性研究

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合成树脂及塑料 2019年第6期36卷 36-39页

作者：李晓岩成都纺织高等专科学校

将两类聚氨酯(即发泡聚氨酯、编织聚氨酯)分别与锦氨纶、莱卡棉、蚕丝氨纶组合,进行性能测试并对实验结果进行统计。结果表明:与其他面料复合后,聚氨酯的保温率得到了有效提升。其中,发泡聚氨酯的提升程度为8%~10%;编织聚氨酯的提升程... 详细信息

将两类聚氨酯(即发泡聚氨酯、编织聚氨酯)分别与锦氨纶、莱卡棉、蚕丝氨纶组合,进行性能测试并对实验结果进行统计。结果表明:与其他面料复合后,聚氨酯的保温率得到了有效提升。其中,发泡聚氨酯的提升程度为8%~10%;编织聚氨酯的提升程度较弱,为3%~5%。通过数据分析,得出了不同面料、夹心之间的保暖性与透气性的关系。

关键词：聚氨酯服装设计保暖性透气性

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电动车防风被的保暖性探析

服饰导刊 2022年第6期11卷 17-22页

作者：吴秋兰黎明职业大学新材料与鞋服工程学院泉州362000

[研究内容]针对电动车防风被保暖性研究少,产品实际应用条件与实验室检测条件不一致的问题,对防风被的静态和动态防风保暖性进行了研究。静态条件下测试了防风被的透气率和保温率,动态条件下对防风被的防风性和保暖性进行了主观等级评价... 详细信息

[研究内容]针对电动车防风被保暖性研究少,产品实际应用条件与实验室检测条件不一致的问题,对防风被的静态和动态防风保暖性进行了研究。静态条件下测试了防风被的透气率和保温率,动态条件下对防风被的防风性和保暖性进行了主观等级评价,分析了动态保暖性与静态保暖性的关系及影响因素。[研究结果与结论]实验结果表明:不同年龄阶段的人,对防风被的保暖性主观评价差异很小,而骑行速度对其有明显的影响,随着骑行速度的增加,相对风速增加,防风被的防风效果变差。保暖性主观评价与实验室测试结果相一致,但防风性主观评价与实验室测试结果差异明显,由于主客观测试条件不一致,实验室测试采用的是织物透气仪,原因分析认为测试时可能因为防风被厚度较大,中间的喷胶棉蓬松度高,导致透气率测试时试样边缘有气压泄露,所得结果与织物实际透气性不一致。

关键词：防风被主观评价保暖性透气率

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环境对羽绒服保暖性影响研究

环境对羽绒服保暖性影响研究

作者：张梦妮东华大学

学位级别：硕士

羽绒服作为冬季常见的防寒保暖衣物,其保暖性已成为人们重点关注的问题。羽绒服的保暖性受服装材料和结构、环境条件和穿着方式等多因素影响。现有研究较多关注填充量、运动状态和温度等因素对服装保暖性的影响,但是模拟冬季羽绒服真实... 详细信息

羽绒服作为冬季常见的防寒保暖衣物,其保暖性已成为人们重点关注的问题。羽绒服的保暖性受服装材料和结构、环境条件和穿着方式等多因素影响。现有研究较多关注填充量、运动状态和温度等因素对服装保暖性的影响,但是模拟冬季羽绒服真实的穿着环境,系统地分析环境温度、风速和服装搭配等多方面对羽绒服保暖性影响的研究较少。因此,阐明不同环境对羽绒服保暖性的影响对科学研究领域和实际生产选购等方面有重要意义。本文在人工气候仓模拟羽绒服真实穿着环境,使用LD-1型服装保温性能测试仪探究了环境温度、风速和服装搭配方式对四种不同填充量的羽绒服保暖性能影响规律。实验结果表明,随着温度的降低,人体和环境之间的热交换增加。当环境温度从10℃降低到-2℃时,热流密度、对流换热量和辐射换热量分别平均增加了44.95W/m2、37.10W/m2和9.84W/m2。羽绒服表面绗缝处温度较高且随克重变化不大,其它位置随厚度增加表面温度逐渐降低。随着单位填充量增加,羽绒服有效热阻增加,且增加幅度逐渐变大。单位填充量每增加30g/m2,克重为80g/m2、110g/m2和140g/m2的羽绒服有效热阻相比于克重为50g/m2的羽绒服分别增加了18.00%、49.00%和92.93%。着装人体散失的热流密度和风速呈正相关。当环境温度为10℃时,随着风速从0.5m/s增加到13.0m/s,试样的热流密度平均升高53.29%;环境风速增加时,服装表面空气层热阻和有效热阻均减小,服装表面对流换热增大,热流密度增大。当风速从0.5m/s上升到7.0m/s时,空气层热阻下降73.26%,下降幅度较大;风速继续增加到13.0m/s时,与0.5m/s时相比,服装表面空气层热阻下降81.63%,下降幅度趋缓且接近零值。随着风速增加,服装表面对流换热增加,高速流体带走服装表面部分热量,使得服装表面温度降低,服装表面和环境的温差减小,使得辐射换热量减小。羽绒服外加冲锋衣的搭配方式可降低人体散失的热流密度,提高服装整体热阻,冲锋衣外表面和环境的温差减小,使羽绒服加冲锋衣搭配穿着时的对流和辐射换热量较低。羽绒服搭配冲锋衣穿着时的热流密度、对流换热量和辐射换热量分别平均比羽绒服试样低60.48W/m2、51.02W/m2和8.57W/m2,有风条件下人体散热主要通过对流换热的方式。结果表明冲锋衣对羽绒服表面绗缝和拉链处散热较多的情况有一定的改善效果。环境温度升高,维持人体热舒适性适宜穿着的羽绒服单位填充量减小。在环境温度为-2℃、风速0.5m/s的条件下,处于2MET运动强度时,140g/m2的羽绒服不够保暖,环境温度升高到10℃时,90g/m2的羽绒服可保证较好的热舒适性。随着环境风速增加,维持人体热舒适性需求的羽绒服单位填充量增加。在环境温度10℃,风速为1.47～5.89m/s的条件下,处于2MET运动强度时,140g/m2羽绒服能够提供足够的保暖性,但是风速大于5.89m/s时,无法提供足够的保暖性。在相同环境温度和风速条件下,羽绒服搭配冲锋衣穿着时,保证较好热舒适性所需的服装单位填充量不同。在环境温度-2℃,风速大于7.53m/s的条件下,人处于4MET运动强度时,50g/m2和80g/m2的羽绒服均无法达到保暖要求,但搭配冲锋衣穿着时均可提供足够的保暖性。

关键词：羽绒服保暖性环境风速运动强度环境温度

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羽绒服保暖性的测试与评价

羽绒服保暖性的测试与评价

作者：何雨东华大学

学位级别：硕士

羽绒服因其质轻、保暖等特点在防寒服市场上占据着优势。本人在羽绒服工厂实习过程中发现,现有羽绒服保暖性评价是在标准实验条件下进行的,然而实际温湿度变化会影响羽绒服的热阻;传统观念认为填充量越大保暖性越好,而试验测得一定体积... 详细信息

羽绒服因其质轻、保暖等特点在防寒服市场上占据着优势。本人在羽绒服工厂实习过程中发现,现有羽绒服保暖性评价是在标准实验条件下进行的,然而实际温湿度变化会影响羽绒服的热阻;传统观念认为填充量越大保暖性越好,而试验测得一定体积的羽绒内胆存在“临界填充量”,达到该值后热阻不会再随着填充量的增加而稳定上升;现有市场缺少将温度、单位填充量和羽绒服保暖性关系的定量研究。因此本论文以羽绒服保暖性为研究对象,以华东地区市场调研、羽绒内胆试样热阻测试、不同保暖性羽绒服的设计与制作、羽绒服试样热阻测试对保暖性进行了测试评价。主要内容与结论如下:(1)羽绒服市场调研筛选出三个华东地区畅销羽绒服品牌进行市场调研发现,畅销羽绒服填充量分布在4060 g/m;羽绒服销售时段集中在11月月,结合该时段华东地区气候和羽绒服主要穿着地点,将本课题试验温度设置为-6℃5℃、试验湿度设置为40%、风速0.1m/s以下。接下来对三个品牌的消费者羽绒服穿着情况和习惯调研发现,主要穿着人群为266岁女性,其穿着羽绒服时的新陈代谢标准为2MET(116.4w/m);调研人群普遍认为款式和尺码相同的羽绒服填充量越大保暖性越好,而本文验证填充量一定的羽绒服,针对每个温度存在“临界填充量”,此时随着填充量的增加,热阻不再稳定上升。(2)羽绒内胆试样的热阻试验利用HFB-1型织物冷暖感平板仪在8个温度下分别测试13只试样的热阻值。通过研究温度与单位填充量对羽绒内胆试样热阻的影响,分析了羽绒服内胆试样的保暖性变化机理。结果发现,相同单位填充量的羽绒内胆试样在-6℃时热阻随温度升高而减小,在05℃时热阻随温度升高几乎不变;相同温度下羽绒内胆试样的热阻随单位填充量增大而增大,但单位填充量增加到12030 g/m后热阻增加不明显,达到140 g/m后继续增加单位填充量内胆试样的热阻出现略微下降;建立了-65℃温度范围内的单位填充量-温度-热阻函数方程。分析羽绒服内胆保暖性变化机理为:随着单位填充量增大内胆的羽绒分布和散热方式发生改变,内胆主要散热方式由空气间热传导变为纤维间热传导。(3)羽绒服试样的设计与制作基于华东地区女性羽绒服偏好调研结果和合体性的考虑,选取50、80、110、140 g/m为羽绒服试样的单位填充量,设计羽绒服为平肩袖、衣长65cm、微收腰的H型版型,分别采用6、8、10、12cm的绗缝间距绗缝,先绗缝后充绒工艺制得4件羽绒服试样。(4)羽绒服试样的保暖性评价利用LD-1型暖体假人,在气候仓内测试了-3、3、9等4个温度下4件羽绒服的热阻。结果发现,在填充量相同的条件下,-3℃℃时羽绒服试样包含表面空气层热阻和不包含表面空气层热阻都随温度升高而减小,35℃时两种热阻随温度升高略微增大。在相同的温度条件下,羽绒服试样单位填充量由50g/m至140g/m,两种热阻呈明显增高趋势。相同条件下的羽绒内胆试样热阻高于羽绒服试的热阻。以热阻为0.8clo的内衣搭配为基准,50、80、110、140g/m单位填充量的羽绒服适宜的穿着温度区间分别为:92℃、3℃、0℃、-63℃。

关键词：羽绒服保暖性单位填充量温度

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被胎絮片的保暖性研究

毛纺科技 2015年第1期43卷 61-65页

作者：董婷婷张莉于志超李美真内蒙古工业大学轻工与纺织学院内蒙古呼和浩特010080

采用平板式恒定温差散热法,通过改变填充量、受压时间、加湿度和绗缝尺寸,研究了羊毛、蚕丝、鸭绒、棉、腈纶、驼绒、涤纶这几种常用保暖絮片保暖性能的差别,同时研究了丝/毛混合被胎和棉/毛混合被胎的最佳保暖比例。丝/毛混合被胎有助... 详细信息

采用平板式恒定温差散热法,通过改变填充量、受压时间、加湿度和绗缝尺寸,研究了羊毛、蚕丝、鸭绒、棉、腈纶、驼绒、涤纶这几种常用保暖絮片保暖性能的差别,同时研究了丝/毛混合被胎和棉/毛混合被胎的最佳保暖比例。丝/毛混合被胎有助于降低成本,棉/毛混合被胎有助于提高纯棉被的弹性和保暖性。实验结果表明:填充量、受压时间、加湿度和绗缝次数对纤维絮片的保暖性有重要影响,研究结果对被胎生产企业有一定的指导意义。

关键词：纤维絮片填充量压力湿度绗缝保暖性

服装保暖性的国内外检测技术研究现状与发展趋势

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纺织导报 2017年第4期 83-86页

作者：刘美娜罗胜利王府梅刘刚中烟台南山学院广州纤维产品检测研究院东华大学

文介绍了暖体假人的发展经历及最新研究成果,对比分析了服装保暖性检测的现有国际标准,指出了目前检测技术的主要不足和服装保暖性能测试课题的近期研究方向。

关键词：服装保暖性暖体假人检测技术

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保暖性复合织物层压工艺与性能的探讨研究

保暖性复合织物层压工艺与性能的探讨研究

作者：杨付霞青岛大学

学位级别：硕士

层压复合织物是将多层不同性能风格的面料组合在一起,使各层织物功能叠加、取长补短,达到多样化和舒适化的要求。因而,多层复合织物的研究已成为人们关注的重要方向。本课题主要做了以下几方面的研究。（1）根据要研究的复合织物的... 详细信息

层压复合织物是将多层不同性能风格的面料组合在一起,使各层织物功能叠加、取长补短,达到多样化和舒适化的要求。因而,多层复合织物的研究已成为人们关注的重要方向。本课题主要做了以下几方面的研究。（1）根据要研究的复合织物的功能要求,设计复合间层次。（2）选购面料和里料,测试其经纬密、厚度和平方米克重,并与工厂提供的复合织物进行对比分析。选购两种不同厚度的微孔PTFE薄膜,并对功能薄膜的材质和化学成分进行红外光谱分析;采用扫描电镜观察PTFE薄膜的内部形态结构。粘合剂分别选用聚氨酯和EVA两种热熔胶。（3）利用正交试验设计组合方案,具体采用L9（34）正交表,得出9种层压复合共艺。从而将24种组合方式层压成108种两层复合织物,108种三层复合织物,共216种不同的复合织物。（4）在不同工艺参数条件下,主要测试了层压复合织物的剥离强度、耐静水压透湿和透气等性能,并分别对其进行研究分析。总体上,用灰色近优理论来综合评定复合的最优工艺,主要从层压复合织物的各个主要性能来进行综合的考核、评定,通过计算,最终得出工艺5为最优工艺。（5）测试在最优工艺5条件下复合成的织物保暖性,运用织物保温率与织物结构参数间的拟合曲线,分析得出织物的保温率与织物的厚度、紧度和平方米克重三个结构参数成正增长关系。

关键词：复合织物层压工艺保暖性性能指标

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保暖性机织物的设计与研究进展

合成纤维 2016年第6期45卷 45-48页

作者：尹方方孙润军西安工程大学纺织与材料学院陕西西安710048

介绍了织物保暖机制、影响因素及主要评判指标,并以织物的保暖机制为理论依据,从纤维、纱线、织物三方面分析了提高织物保暖性的设计方法和研究现状。

关键词：机织物保暖性设计