基于有限元分析的多材質(zhì)文胸鋼圈設(shè)計方法研究.pdf

1、女性胸部沒有骨骼支撐，因此自然狀態(tài)下的胸部可能產(chǎn)生下垂和變形，給女性造成尷尬與不便。穿著合體的文胸能很好地改善此現(xiàn)象，其中，具有合適形態(tài)的鋼圈能對乳房起到重要的承托、保護和塑形作用，鋼圈在文胸著裝后會發(fā)生變形，理想狀態(tài)下，鋼圈變形后的形態(tài)應(yīng)與人體乳房下緣輪廓線相吻合。然而現(xiàn)有的鋼圈在形態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計上，主要依賴設(shè)計師經(jīng)驗估算，缺乏人體數(shù)據(jù)的支持和驗證；在鋼圈材質(zhì)設(shè)計上，盡管開發(fā)出一批新材質(zhì)鋼圈，但是由于鋼圈材質(zhì)與結(jié)構(gòu)形態(tài)不匹配，致使鋼圈在著

2、裝后不合體，沒有達到新材質(zhì)鋼圈設(shè)計和開發(fā)的目的。因此，研究針對不同材質(zhì)鋼圈的形態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計具有理論意義和現(xiàn)實價值。
　　本課題基于有限元理論對鋼圈的受力變形過程進行數(shù)值模擬，利用有限元仿真得到鋼圈在三維方向的受力，對適體鋼圈變形后的三維位移進行反向求解，進而預(yù)測并構(gòu)建適體鋼圈的三維結(jié)構(gòu)形態(tài)，形成了一種可量化的文胸鋼圈設(shè)計方法；在該方法的基礎(chǔ)上，構(gòu)建針對不同材質(zhì)的鋼圈結(jié)構(gòu)形態(tài)，從而豐富細化了文胸鋼圈的設(shè)計與開發(fā)；最后，根據(jù)批量化生產(chǎn)的

3、要求，構(gòu)建了鋼圈三維位移預(yù)測模型，簡化了鋼圈設(shè)計過程，節(jié)約因鋼圈反復(fù)試體產(chǎn)生的人工成本。具體研究內(nèi)容如下：
　　(1)文胸構(gòu)成及文胸鋼圈受力分析
　　在人體靜態(tài)直立的狀態(tài)下，對鋼圈進行受力分析，建立了鋼圈在水平方向和豎直方向受力的平衡方程，并通過驗證性實驗分析了文胸肩帶、后比面料、后比拉力和鋼圈材質(zhì)等因素對鋼圈受力變形的影響。
　　(2)基于逆向工程技術(shù)的鋼圈三維模型構(gòu)建
　　采用高精度掃描儀獲取基本款鋼圈的三維

4、點云數(shù)據(jù)，利用逆向工程技術(shù)，提取并建立了基本款鋼圈的三維模型，有效地表征了鋼圈的特征形態(tài)，同時根據(jù)人體乳房下緣輪廓線的形態(tài)，建立了著裝變形后的適體鋼圈三維模型。
　　(3)基于有限元分析的文胸鋼圈設(shè)計方法
　　將有限元理論引入鋼圈設(shè)計中，從分割離散的思想出發(fā)，提出了一種基于ANSYS有限元分析的可量化的鋼圈設(shè)計方法，獲得了鋼圈著裝時的受力變形規(guī)律，在此基礎(chǔ)上以人體乳房下緣輪廓線為基準構(gòu)建了適體鋼圈的幾何模型；將有限元分析與計

5、算機輔助設(shè)計技術(shù)相結(jié)合，為鋼圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計及形態(tài)優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)合理的方法，實現(xiàn)了文胸鋼圈的個性化定制。
　　(4)基于有限元法的多材質(zhì)文胸鋼圈的設(shè)計與驗證
　　在上述方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同鋼圈材質(zhì)的力學(xué)特性，以鋼圈材料的彈性模量和泊松比作為鋼圈材質(zhì)的主要表征參數(shù)，對鋼圈的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形態(tài)進行配伍設(shè)計，最后利用3D打印技術(shù)實現(xiàn)鋼圈結(jié)構(gòu)的快速成型，并對設(shè)計的聚丙烯基本款鋼圈的合體性和舒適性進行了實驗驗證。
　　(5)基

6、本款鋼圈三維位移預(yù)測模型研究
　　從文胸后比拉力對鋼圈變形的影響入手，對文胸后比面料的拉伸性能進行測試和分析，建立了文胸后比在后比拉力作用下的拉伸形變量數(shù)學(xué)模型；通過基本款鋼圈拉伸變形實驗獲得鋼圈的變形規(guī)律，建立了基本款鋼圈在后比拉力作用下鋼圈關(guān)鍵點位移形變量的預(yù)測模型，進而能以人體形態(tài)、文胸后比尺寸和后比拉伸性能對鋼圈三維形態(tài)進行預(yù)測，簡化了基于有限元法設(shè)計鋼圈時真人試體的過程，有助于提高生產(chǎn)效率，使基于有限元法的文胸鋼圈設(shè)計和