МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
СТРИЖОВА ОКСАНА ПЕТРІВНА
УДК .45 .016
УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДУ ПРОЕКТУВАННЯ
КОНСТРУКЦІЙ ЖІНОЧИХ ШИТИХ ГОЛОВНИХ УБОРІВ
З ТЕКСТИЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ
Спеціальність 05.19.04 – технологія швейних виробів
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Хмельницький–2007
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Хмельницькому національному університеті Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент
Баннова Ірина Мусіївна,
Хмельницький національний університет,
завідуючий кафедрою дизайну
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Березненко Сергій Миколайович,
Київський національний університет технологій та дизайну, завідуючий кафедрою технології та конструювання швейних виробів,
доктор технічних наук, старший науковий співробітник
Мичко Анатолій Андрійович,
Східноукраїнський національний університет ім. Володимира Даля, професор кафедри легкої та харчової промисловості
Провідна установа: Херсонський національний технічний університет
(кафедра механічної технології волокнистих матеріалів) Міністерства освіти і науки України.
Захист відбудеться 12 квітня 2007 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К .052.03, за адресою:
м. Хмельницький, вул. Інститутська, 11.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Хмельницького національного університету за адресою:
29016, м. Хмельницький, вул. Кам`янецька, 110.
Автореферат розісланий 10 березня 2007 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат технічних наук, доцент О.М. Домбровська
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Сучасні наукові дослідження і практичні розробки Скрипки В.К. (КНУТД), Сухарнікової В.А. (МДУДТ) спрямовані на удосконалення технології виготовлення головних уборів, закріплення, збереження їх об’ємної форми. Напрацювання Лопасової Л.В., Сперанської М.В. (МДУДТ) доповнюють антропометричну інформацію для конструювання головних уборів з врахуванням форми і рис обличчя споживача. Раздомахіним Н.Н., Слєпцовою Н.А. (СПбДУТД) розпочато розробки, направлені на впровадження САПР головних уборів. Тож, розробляються напрямки забезпечення високої якості головних уборів, однак, бракує сучасних методів визначення її показників.
На якість головних уборів впливає ступінь забезпеченості процесу проектування інформаційною базою, до якої мають входити параметри голови, показники властивостей матеріалів, характеристика умов експлуатації. Жіночі головні убори виготовляють 54–60 розмірів, виділених за виміром “обхват голови”. Висоту, форму голови при конструюванні головних уборів масового виготовлення не враховують, що не дозволяє забезпечити належний рівень антропометричної відповідності цих виробів особливостям будови голів споживачів і викликає необхідність удосконалення інформаційного забезпечення та методики їх проектування.
Незалежно від ступеню автоматизації процесу проектування, оцінка показників якості головних уборів виконується на готових зразках, що збільшує витратність виробництва. Необхідно виконати поєднання етапів розробки та оцінки проектних рішень в єдиний автоматизований процес, з метою підвищення його ефективності. Тому проблема комплексного удосконалення процесу проектування та методів оцінки проектних рішень для підвищення рівня антропометричної відповідності головних уборів є актуальною.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно до напрямку “Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі” (закон України “Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки” від 11.07.2001 р. за № ) та в відповідності з напрямком “Розробка методів дослідження матеріалів, проектування та технології виготовлення конкурентноздатних швейних виробів” (рішення НТР ТУ Поділля, протокол № від 28.12.1999 р.).
Мета дослідження: удосконалення методу проектування конструкцій жіночих шитих головних уборів з текстильних матеріалів для підвищення рівня їх антропометричної відповідності та збільшення ефективності процесу проектування. Мета роботи досягнута в результаті вирішення таких завдань:
? обґрунтування умов забезпечення антропометричної відповідності обраного асортименту головних уборів;
? формування інформаційної бази даних антропоморфних ознак опорної поверхні голови і властивостей текстильних матеріалів для головних уборів;
? розробка геометричної моделі системи “голова-головний убір”, складеної з моделей опорних поверхонь голови різних морфотипів і виробів типових форм;
? розробка методу автоматизованої оцінки антропометричної відповідності об’єктів системи “голова-головний убір” з врахуванням властивостей матеріалів виробів;
? виконання експериментальної перевірки удосконаленого методу проектування конструкцій жіночих шитих головних уборів з текстильних матеріалів за показниками антропометричної відповідності.
Об’єкт дослідження – процес проектування шитих головних уборів.
Предмет дослідження – метод проектування конструкцій жіночих шитих головних уборів з текстильних матеріалів.
Методи дослідження. При вирішенні поставлених завдань застосовані існуючі теоретичні і експериментальні методи та розроблений в дисертації метод автоматизованої оцінки антропометричної відповідності головних уборів. Зокрема, використані: метод апріорного ранжування факторів для оцінки вагомості показників якості обраного асортименту головних уборів; антропометричний метод для дослідження параметрів голови та розроблений контактний пристрій для їх вимірювання; стандартні інструментальні методи для визначення геометричних та механічних властивостей текстильних матеріалів і пакетів з них; розроблені спосіб і пристосування для вимірювання деформації одноосного розтягання текстильних матеріалів і пакетів; кореляційний, регресійний та дисперсійний методи для аналізу результатів; методи математичного і імітаційного моделювання; метод скінчених елементів для дослідження деформованого стану моделі системи “голова-головний убір”.
Реалізація обчислень та обробка результатів експерименту виконана на ПЕОМ із застосуванням програм Excel у середовищі Windows XP, впровадження розробленого методу оцінки виконано на базі програмного комплексу Impact.
Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:
? теоретично обґрунтовано введення до розмірної типології голови висотних груп, типів морфологічної будови і форми голови, що дозволило сформувати інформаційну базу даних для автоматизації проектування макетів її опорної поверхні і головних уборів;
? розроблено геометричну модель системи “голова-головний убір”, складену з цифрових і графічних моделей морфотипів голови та головних уборів типових форм, апроксимованих сукупністю кінцевих елементів, з встановленими взаємозв’язками між параметрами і властивостями моделей;
? виявлено залежності між напруженням і деформацією пакетів текстильних матеріалів для головних уборів, на основі яких вперше виконано дослідження деформованого стану геометричної моделі системи “голова-головний убір”;
? вперше виявлено залежності між тиском головних уборів на поверхню голови, їх формоутворюючими параметрами і властивостями матеріалів, які реалізовані в розробленому методі автоматизованої оцінки рівня антропометричної відповідності виробів антропоморфним ознакам голови.
Практичне значення отриманих результатів полягає в підвищенні рівня антропометричної відповідності шитих головних уборів з текстильних матеріалів та ефективності процесу їх проектування за рахунок того, що:
? удосконалено класифікацію форм жіночих шитих головних уборів, яка дозволяє встановити зв’язок і підпорядкованість тектонічно-технологічних ознак форми способам формоутворення, виготовлення та конструктивному рішенню виробів;
? розроблено пристрій для вимірювання параметрів голови (деклараційний патент України № ) і методику дослідження зміни їх величини в залежності від розташування лінії присаду головного убору;
? розроблено спосіб, який дозволяє отримувати умовні розгортки поверхні головного убору за місцями типових, модельних членувань конструкції, за місцями деформації їх пакетів матеріалів;
? удосконалено метод проектування конструкцій жіночих шитих головних уборів з текстильних матеріалів для забезпечення високого рівня антропометричної відповідності за рахунок введення антропоморфних розмірних ознак опорної поверхні голови та розроблених рекомендацій з вибору їх формоутворюючих параметрів і методики розрахунку конструктивних прибавок, за якими розроблено художньо-конструктивні рішення виробів (патенти на промисловий зразок № і № );
? удосконалено процес проектування шитих головних уборів з текстильних матеріалів, за рахунок виключення етапів виготовлення зразка і натурних досліджень, що зменшує матеріало- і трудомісткість всього процесу.
Результати досліджень впроваджено в навчальний процес кафедри дизайну Хмельницького національного університету в дисципліні “Дизайн головних уборів” спеціальності 7.020200 “Дизайн”. Розроблений пристрій використовують для виконання лабораторних і практичних робіт в рамках зазначеної дисципліни. Розроблені інформаційна база даних і рекомендації з проектування конструкцій жіночих шитих головних уборів з високим рівнем антропометричної відповідності впроваджені на підприємстві ЗАТ “Хмельницька трикотажна фабрика”. Економічний ефект від впровадження результатів виникає внаслідок скорочення матеріальних (на 11і часових (на 27витрат процесу проектування.
Особистий внесок здобувача полягає в постановці і вирішенні основних теоретичних та експериментальних задач. Безпосередньо автором розроблено прилад і методику дослідження зміни параметрів і форми опорної поверхні голови в залежності від проходження лінії присаду виробу, спосіб дослідження деформації розтягання текстильних матеріалів і пакетів, метод автоматизованої оцінки рівня антропометричної відповідності головних уборів. В опублікованих за результатами дисертаційних досліджень працях 1-2, 4-5, 10-13 автору належать основні положення, результати і висновки; в публікації 3 – постановка завдань; в працях 7-8 – постановка завдань і висновки; в публікаціях 6, 9 – розроблені автором прилад і методика проведення досліджень, основні положення і висновки.
Апробація результатів. Основні положення і результати роботи доповідались на конференціях професорсько-викладацького складу кафедри технології і конструювання швейних виробів та кафедри дизайну Хмельницького національного університету (2003-2006 рр.), на Всеукраїнській науково-технічній конференції “Новітні технології, матеріали та дизайн в легкій промисловості та сервісі” (м. Хмельницький, 2003 р.), на Всеукраїнських наукових конференціях молодих вчених та студентів “Наукові розробки молоді на сучасному етапі” (КНУТД, м. Київ, 2003-2006 рр.). Дисертація повністю доповідалась та отримала позитивну оцінку на міжкафедральному семінарі Інституту технологій, дизайну та сервісу Хмельницького національного університету (м. Хмельницький, 2006 р.)
Публікації. За результатами досліджень опубліковано: 5 статей в фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, 4 тези доповідей, 1 деклараційний патент України на винахід, 2 патенти на промисловий зразок, 1 інформаційний лист.
Структура і обсяг дисертації. Дисертація подана на 249 сторінках друкованого тексту, складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Основна частина викладена на 155 сторінках, містить 39 таблиць, 54 рисунки. Список використаних джерел налічує 182 найменування. Додатки вміщують 75 сторінок.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтована актуальність теми, визначені мета, завдання, об’єкт та предмет досліджень, сформульовані наукова новизна і практичне значення результатів.
В першому розділі виконано оцінку рівня забезпеченості вихідними даними процесу проектування та методів визначення показників якості шитих головних уборів. Встановлено, що при побудові конструкцій в якості параметричної інформації використовують виміри попередньо виготовленого макету виробу і розмірну ознаку – “обхват голови” (Ог). Зазначений факт є підставою висновку про недостатність обсягу вихідної антропометричної інформації у вигляді однієї розмірної ознаки для забезпечення відповідності форм і розмірів виробів формам і розмірам голови. Таким чином обґрунтована необхідність встановлення зв’язку між розмірними ознаками голови, величиною конструктивних ділянок та методикою побудови конструкцій шитих головних уборів, з метою підвищення рівня їх антропометричної відповідності.
Аналіз літературних джерел виявив існування трьох морфологічних типів будови голови за відношенням її поздовжнього і поперечного діаметрів, які визначають форму голови: від круглої до витягнутої овальної. Проте, в проектуванні головних уборів розподіл голів за їх морфотипом не врахований, що свідчить про низький рівень забезпеченості споживачів виробами відповідних форм.
Методом апріорного ранжування результатів експертної оцінки підтверджено переважну вагомість якісного показника – антропометрична відповідність для даного асортименту головних уборів (коефіцієнт конкордації W 0,598 та критерій Пірсона р2 = ,027 т2 = ,0 свідчать про узгоджений і достовірний розподіл оцінок експертів). Експериментально підтверджено статичний характер контакту в системі “голова-головний убір”, що дозволяє виконувати оцінку антропометричної відповідності її об’єктів за показниками “баланс форми” та “співрозмірність” за критерієм “тиск виробу на поверхню голови”, який є об’єктивним показником відповідності форм і розмірів для щільноприлеглих швейних виробів. Однак, аналіз відомих методів вимірювання тиску швейних виробів на поверхню тіла, а саме, тензометричних, виявив недоцільність їх застосування. Адже при визначенні тензодатчиками величин деформації в межах 1…10характерних для статичного контакту тіла й одягу, виникає похибка в результатах вимірювання, яку викликає спосіб з’єднання тензометра із поверхнею матеріалу, оскільки полка тензометра піддається ще й деформаціям вигину і закручення. На точність вимірювання також впливає висота полки тензометра та ступінь відтворення умов дослідження. До того ж, проведення такого експерименту потребує матеріальних і часових витрат, адже його здійснюють на готових зразках виробів.
Тому для вивчення стану статичного контакту в системі “голова-головний убір” обрано метод імітаційного моделювання, який дозволяє замінити об’єкт-оригінал моделлю та вивчити властивості оригіналу шляхом дослідження властивостей імітаційної моделі. Цей метод, за умов дії малої деформації, є більш точним і раціональним, не потребує виготовлення дослідних зразків, однак, враховує властивості матеріалів виробів.
В зв’язку з вищевикладеним, дисертація присвячена удосконаленню методу проектування конструкцій шитих головних уборів, розробці методу автоматизованої оцінки рівня антропометричної відповідності виробів, що, в подальшому, забезпечило підвищення цього рівня та збільшення ефективності процесу проектування в цілому.
В другому розділі дисертації виконано розробку інформаційної бази даних для забезпечення високого рівня антропометричної відповідності та розробки методу його оцінки для жіночих шитих головних уборів з текстильних матеріалів.
Виконано антропометричне дослідження параметрів і будови голів 244 жінок молодшої вікової групи м. Хмельницького за розробленою програмою, до якої включено вимірювання величин 7 розмірних ознак, що характеризують верхню частину голови, як опорну поверхню для обраного асортименту головних уборів. Статистична обробка результатів підтвердила репрезентативність вибірки по відношенню до генеральної сукупності. А саме, похибка відхилення розподілу величин ведучої розмірної ознаки “обхват голови” даної вибірки від нормального складає 0,74 % (критерій Пірсона чр2 = 2,55 < чт(005)2 = 14,1, коефіцієнт асиметрії р = – 0,036 < т(005) = = 0,37, коефіцієнт ексцесу р = – 0,05 < т(005) = 0,42).
Підтверджено існування в кожній розмірній групі вибірки голів з різними типами морфологічної будови: брахікранний тип (72,13зустрічності), мезокранний (22,54і доліхокранний (5,33. Запропоновано показник – широтна різниця (rш), застосування якого, на відміну від існуючих критеріїв, спрощує визначення морфотипу голови:
, см, (1)
де dпоз – діаметр поздовжній голови, см;
dпоп – діаметр поперечний голови, см.
Кожному морфотипу голови визначені граничні межі широтної різниці. Встановлено існування значної різниці (до 5,4 см) між вимірами dпоз і dпоп, що викликає необхідність враховувати цей факт при побудові конструкцій шитих головних уборів. За різницею між значеннями поперечного і поздовжнього діаметрів голови визначено прямий взаємозв’язок між морфотипом і формою голови: із збільшенням різниці між dпоз і dпоп, форма голови стає витягнутою овальною.
Методом регресійного аналізу виявлено залежність, що пов’язує в єдину систему вимірів розмірні ознаки верхньої частини голови: „обхват голови”, „діаметр поздовжній голови”, „діаметр поперечний голови”, „висота верхньої частини голови спереду”, яку можна оцінити за рівнянням множинної регресії:
, (2)
де – середньоарифметичне виміру “обхват голови”, см;–
середньоарифметичне виміру “діаметр поздовжній голови”, см;–
середньоарифметичне виміру “діаметр поперечний голови”, см;–
середньоарифметичне виміру “висота верхньої частини голови спереду”, см.
За виявленою залежністю можна визначити середню величину розмірної ознаки в системи вимірів опорної, для даного асортименту виробів, поверхні голови.
Розроблено напрямки удосконалення розмірної типології верхньої частини голів жінок, як опорної поверхні для головних уборів, що доповнює інформаційне забезпечення процесу проектування цих виробів і контрольних макетів голови, а саме:
1) виділено висотні групи голови за виміром Вгп: І група в межах 7,0…8,4 см; ІІ – 8,5…9,9 см; ІІІ – 10,0…11,4 см, інтервал байдужості іВгп = 1,5 см;
2) встановлено зв'язок між формою голови і морфологічним типом за показником “широтна різниця” (rш): для брахікранного (Б) морфотипу при rш в межах 0,8…3,4 см форма голови – кругла, для мезокранного (М) типу rш = 3,5…4,4 см – форма округла, для доліхокранного (Д) типу при rш в межах 4,5…5,4 см – форма голови овальна. Інтервал байдужості rш = 1,0 см.
3) запропоновано представити існуюче різноманіття голів жінок варіантами типових розміро-висот, з врахуванням їх морфотипу і форми (табл. ).
Таблиця 1
Характеристика типових варіантів опорної поверхні голів жінок
Типові розміро-висоти опорної поверхні голів жінок Ог-Вгп-rш | Межі груп за Вгп, см | Межі розмірних груп за Ог, см | Межі rш морфоти–пів, см | 50,5…
51,4 | 51,5…
52,4 | 52,5…
53,4 | 53,5…
54,4 | 54,5…
55,4 | 55,5…
56,4 | 56,5…
57,4 | 57,5…
58,4 | 58,5…
59,4 | 7,0…
8,4 | 51–І–Б | 52–І–Б | 53–І–Б | 54–І–Б | 55–І–Б | 56–І–Б | 57–І–Б | 58–І–Б | 59–І–Б | 0,8…3,4 | 51–І–М | 52–І–М | 53–І–М | 54–І–М | 55–І–М | 56–І–М | 57–І–М | 58–І–М | 59–І–М | 3,5…4,4 | 51–І–Д | 52–І–Д | 53–І–Д | 54–І–Д | 55–І–Д | 56–І–Д | 57–І–Д | 58–І–Д | 59–І–Д | 4,5…5,4 | 8,5…
9,9 | 51–ІІ–Б | 52–ІІ–Б | 53–ІІ–Б | 54–ІІ–Б | 55–ІІ–Б | 56–І–Б | 57–ІІ–Б | 58–ІІ–Б | 59–ІІ–Б | 0,8…3,4 | 51–ІІ–М | 52–ІІ–М | 53–ІІ–М | 54–ІІ–М | 55–ІІ–М | 56–ІІ–М | 57–ІІ–М | 58–ІІ–М | 59–ІІ–М | 3,5…4,4 | 51–ІІ–Д | 52–ІІ–Д | 53–ІІ–Д | 54–ІІ–Д | 55–ІІ–Д | 56–ІІ–Д | 57–ІІ–Д | 58–ІІ–Д | 59–ІІ–Д | 4,5…5,4 | 10,0…
11,4 | 51–ІІІ–Б | 52–ІІІ–Б | 53–ІІІ–Б | 54–ІІІ–Б | 55–ІІІ–Б | 56–ІІІ–Б | 57–ІІІ–Б | 58–ІІІ–Б | 59–ІІІ–Б | 0,8…3,4 | 51–ІІІ–М | 52–ІІІ–М | 53–ІІІ–М | 54–ІІІ–М | 55–ІІІ–М | 56–ІІІ–М | 57–ІІІ–М | 58–ІІІ–М | 59–ІІІ–М | 3,5…4,4 | 51–ІІІ–Д | 52–ІІІ–Д | 53–ІІІ–Д | 54–ІІІ–Д | 55–ІІІ–Д | 56–ІІІ–Д | 57–ІІІ–Д | 58–ІІІ–Д | 59–ІІІ–Д | 4,5…5,4 |
Для дослідження параметрів опорної поверхні голови в залежності від зміни місця проходження лінії присаду головного убору, розроблено контактний антропометричний пристрій (рис. ). |
Рис. 1. Схема пристрою для вимірювання параметрів голови: 1–роз’ємне кільце із замком, шарнірним з’єднанням і отворами для датчиків координат; 2–рухомий механічний датчик координат; 3-6 –опорні рухомі датчики координат із шкалою; 7–фіксуюча дуга; 8–опорний рухомий вертикальний датчик координат із шкалою; 9–вимірювач кута нахилу кільця; 10–контактний елемент
Пристрій дозволяє:
а) одночасно вимірювати розмірні ознаки голови: обхват, її поперечний (dпоз) та поздовжній (dпоп) діаметри, висота її верхньої частини спереду (Вгп);
б) одночасно вимірювати параметри опорної для виробів ділянки голови: периметр (Р), висотний (В), поздовжній (Д) і поперечний (Ш) параметри при будь-якому розташуванні лінії присаду головного убору;
в) отримувати контури голови за виміром Ог або за лінією присаду виробу.
Експериментально встановлено, що при типових розташуваннях лінії присаду головних уборів в промисловому проектуванні, коливання величини вимірів опорної ділянки голови не виходять за межі інтервалів байдужості, тож для таких випадків рекомендовано використовувати антропометричні виміри верхньої частини голови. Для індивідуального проектування головних уборів з нетиповими лініями присаду необхідно використовувати безпосередньо виміряні параметри опорної, для такого положення виробу, ділянки голови.
Інформаційну базу антропоморфних даних доповнено характеристикою показників геометричних (за ГОСТ , ГОСТ ) і механічних властивостей (за ГОСТ ) тканин костюмної асортиментної групи різного сировинного вмісту та пакетів, утворених з них і клейового матеріалу.
Визначено межі деформації пакетів головних уборів при експлуатації: вироби не мають зазнавати розтягання, більшого за величину розмірного інтервалу байдужості, який складає 1,52…1,76від їх номінального розміру. Встановлено ділянку головного убору, на яку припадає найбільша деформація при статичному контакті з поверхнею голови – це низ головки виробу, який для посилення стійкості до розтягання обробляють деталлю “начільник”.
Розробленими в дисертації способом і пристосуванням виміряні показники експлуатаційної деформації матеріалів і пакетів для головних уборів. Спосіб полягає у видовженні проб на величину розтягання 2,0 ± 0,2від їх первинної довжини та вимірюванні навантаження, що виникло. Визначений критерій Кохрена (Шр = 0,142…0,726 < Шт(005) = 0,360…0,797) підтверджує відтвореність експерименту в межах похибки 5Досліджено елементарні проби:
1) з тканин;
2) з одношарових пакетів: тканина, дубльована клейовим прокладковим матеріалом;
3) з комплексних пакетів, які є фізичною моделлю пакету контактної ділянки головного убору: два шари дубльованої тканини, скріплені нитковим з’єднанням (нитки ПЕ-100крайовим обшивним швом.
Результати (рис. ) свідчать про зміну залежності між видовженням Lрозт і навантаженням Р, що виникли в пакетах, в порівнянні з тканинами, завдяки посиленню їх стійкості до розтягання прокладковим матеріалом. |
– тканина (ВВ-45%; ВПеф-55 %):
Lрозт = –0,0389Р2 + 0,6701Р – 0,633
– пакет: тканина і прокладковий матеріал (Віс-70 %; Па-30 %):
Lрозт = 0,3443Р – 0,31
– комплексний двошаровий пакет з цих матеріалів:
Lрозт = 0,3513Р – 0,3455 | Рис. 2. Залежність між видовженням Lрозт і навантаженням Р текстильних тканин і пакетів для меж розтягання 2,0 ± ,2від первинної довжини проби
Розрахований коефіцієнт відповідності апроксимації графіків (R2 = 0,988…0,999) дозволив стверджувати, що залежність між видовженням і навантаженням в межах 2,0 ± 0,2розтягання може бути описана для тканин – рівнянням поліному 2-го ступеню, для пакетів – рівнянням прямої. Лінійний зв’язок видовження і навантаження пакетів в межах 2,0 ± 0,2розтягання відповідає прямій функціональній залежності між їх відносним напруженням і експлуатаційною деформацією для головних уборів.
Таким чином, сформовано базу даних показників властивостей пакетів текстильних матеріалів (табл. ), умов і характеру експлуатаційної для головних уборів деформації, що забезпечує дослідження статичного контакту об’єктів системи “голова-головний убір”.
Таблиця 2
Показники геометричних і механічних властивостей пакетів матеріалів
Вміст складників сировинного складу | Код пакету | Товщина пакету h, м | Об’ємна густ. с, кг/м3 | Жорсткість Р, мкН•см2 | Дефор-мація % | Напруження , Па | Модуль
пружн. Е, Па
тк. верху: ВВ ВПеф
прокл. м–л: Віс ПА | Р11 | 0,7010-3 | 4098,850 | 35473,592 | 2,04 | 846286,165 | 414846,07
Р21 | 0,9410-3 | 3785,488 | 647441,370 | 2,23 | 725388,601 | 348744,51
тк. верху: ВВ прокл. м–л: Віс ПА | Р12 | 0,6610-3 | 4106,596 | 16244,186 | 2,10 | 512247,108 | 229707,21
Р22 | 0,6910-3 | 3701,202 | 356099,430 | 1,95 | 643678,161 | 312461,72
тк. верху: ВБав
прокл. м–л: Віс ПА | Р13 | 0,9710-3 | 4505,826 | 20305,232 | 2,06 | 749235,474 | 356778,79
Р23 | 1,4510-3 | 4725,779 | 417764,740 | 2,08 | 681265,207 | 337260,00
тк. верху: ВПеф
прокл. м–л: Віс ПА | Р14 | 1,9310-3 | 4552,183 | 30943,963 | 2,06 | 723781,388 | 371169,94
Р24 | 1,3710-3 | 4434,182 | 686099,430 | 2,02 | 985919,493 | 483293,86
тк. верху: ВБав ВВіс
прокл. м–л: Віс ПА | Р15 | 1,4210-3 | 4191,817 | 15484,366 | 2,04 | 473716,012 | 229959,22
Р25 | 1,9910-3 | 5237,069 | 545789,410 | 2,07 | 703517,588 | 339863,56
В третьому розділі виконано розробку методу і оцінку антропометричної відповідності за показником “баланс форми” і критерієм “тиск виробу на поверхню голови” побудованої геометричної моделі системи “голова-головний убір”. Результати вивчення властивостей пакетів матері ріалів є підґрунтям застосування методу імітаційного моделювання з теорії пружності – методу скінчених елементів (МСЕ) для визначення деформації і напружень в пакетах матеріалів виробів системи “голова-головний убір”. МСЕ надає можливість апроксимування дослідної поверхні об’єктів системою кінцевих елементів, які повністю зберігають фізичні і геометричні властивості об’єкту. Розроблено методику дослідження відповідності головних уборів морфотипам голови при їх статичному контакті, яка містить етапи:
1. Розробка цифрових моделей морфотипів голови і головних уборів та апроксимація їх кінцевими елементами (КЕ).
2. Надання кінцевим елементам головних уборів властивостей матеріалів: товщина пакетуh, м), об’ємна густина пакету (с, кг/м3), модуль пружностіЕ, Па); коефіцієнт Пуассонам).
3. Визначення параметрів процесу “надягання” моделі виробу на модель опорної поверхні голови та розрахунку дії сил: час перебігу процесу (с), крок розрахунку деформацій і тиску в КЕ моделіс), крок формування графічного файлу процесу (с).
4. Формування блоку початкових та граничних умов: визначення напрямку переміщення головного убору, швидкості руху (м/с).
5. “Надягання” в автоматизованому режимі моделі головного убору на модель опорної поверхні голови.
6. Розрахунок методом скінченних елементів переміщення, напруження і деформації в кінцевих елементах моделі виробу та тиску, що виник при цьому в кінцевих елементах моделі опорної поверхні голови.
7. Завдання граничних меж тиску, автоматизована оцінка відповідності тиску заданим межам і візуалізація результатів.
Для проведення оцінки відповідності об’єктів системи “голова-головний убір” побудовано її імітаційну геометричну модель (рис. , а) цифрових моделей: опорної поверхні морфотипів голови розміро-висот 54-ІІ-Б, 54-ІІІ-Д (рис. , в); головних уборів типових форм (рис. , г-д) розміру .
а)
Рис. 3. Геометрична модель системи “голова–головний убір” (а); модель голови (б); її опорної поверхні (в); головні убори типових форм (г-д) |
б) |
в) |
г) |
д) | Цифрові моделі морфотипів голови апроксимовано системою 414 КЕ трикутної форми, цифрові моделі виробів типових форм – системами з 505 КЕ чотирикутної форми і 469 КЕ трикутної форми.
Експериментально визначено параметри виконання процесу “надягання” головного убору на опорну поверхню голови: час 5 секунд, крок формування графічного файлу перебігу процесу 0,5 мм, крок обчислення деформацій і тиску, що дорівнює 0,00008 секунд. Сформовано блок умов переміщення головного убору за осями x, y, z. Для вузлів опорної поверхні голови задано умову непорушності fixed: Vx = 0, Vy = 0, Vz = 0, Ax = 0, Ay = 0, Az = 0, Vrx = 0, Vry = 0, Vrz = 0, Arx = 0, Ary = 0, Arz = 0; для вузлів виробів задано переміщення – рух вниз вздовж осі z і швидкість: moving Vz = – 12,0 мм/с.
Розроблений метод впроваджено в програмному комплексі Impact, який ґрунтується на основному рівнянні динаміки та дозволяє рішати лінійні, нелінійні задачі розрахунку систем з пружних, пружно-пластичних і твердих тіл. При розрахунку показників деформованого стану геометричної моделі “голова-головний убір” методом скінчених елементів, апроксимація переміщень точок-вузлів елементів знайдена за формулами:
; ; ; , (3)
де – вектор-стовпчик переміщень точок-вузлів КЕ;
u, х, щ – компоненти вузлових переміщень за осями x, y і z.
+
+, (4)
де x, y, z – координати точок-вузлів елементу, мм.
Аналогічні рівняння складено для компонент вузлових переміщень х і щ. Тоді:
; ;
; . (5)
Коефіцієнти переміщень інших точок-вузлів отримано циклічною перестановкою індексів i, j, m, p. Визначено матричне рівняння рівноваги системи:
, (6)
де [K] – матриця жорсткості системи;
[C] – матриця демпфірування;
[M] – матриця мас системи.
Узгоджені матриці мас [M] і демпфірування [C] системи отримано з аналогічних підматриць [mij] і [cij] кожного КЕ:
, (7)
де с – об’ємна густина, кг/м3;
(…)Т – дія „транспонування матриці”;
dV – дія „інтегрування” за об’ємом V елементу е.
, (8)
де м – коефіцієнт Пуассона (за довідниковими даними).
Матриця жорсткості [K] системи складена з підматриць жорсткості [k]e елементів е, отриманих за формулою:
, (9)
де [D]e – матриця пружності елементу е;
[B]e – матриця компонент переміщень елементу е.
Матриця пружності [D]е і матриця компонент переміщень [B]e кожного КЕ для тривимірного напруженого стану складені за формулами:
, , (10)
де Е – модуль пружності, Па;
h – товщина КЕ (товщина пакету матеріалів об’єкту), м.
Інші підматриці [Bj]е, [Bm]е, [Bp]е отримані за значеннями величин компонент вузлових переміщень елементу е з іншими відповідними індексами.
Деформація в КЕ визначена за формулою:
. (11)
Напруження в КЕ поверхні моделі головного убору визначено за формулою:
. (12)
Тиск при статичному контакті виробу і голови є силою протидії напруженню і діє вздовж осі z` в системі локальних координат кожного КЕ поверхні моделі виробу в напрямку, протилежному напруженню і дорівнює його числовому значенню. Локальні координати комплекс Impact переводить в систему глобальних координат для всієї області КЕ. Первинним дослідом підтверджено: а) доцільність апроксимації поверхонь обраною кількістю і формою кінцевих елементів; б) коректність заданих початкових і граничних умов експерименту. За критерієм “тиск виробу на поверхню голови” досліджено показник “баланс форми” антропометричної відповідності головних уборів типових форм з пакетів текстильних матеріалів (табл. ).
Таблиця 3
Максимальний тиск головних уборів на поверхню голови різних морфотипів
Морфотип голови | Тиск, Па
Код пакету матеріалів головного убору
Р11 | Р21 | Р12 | Р22 | Р13 | Р23 | Р14 | Р24 | Р15 | Р25
півсферична форма виробу, в основі – коло
доліхокранний | 2141 | 1953 | 1933 | 1964 | 1987 | 1978 | 1999 | 2298 | 1924 | 1983
брахікранний | 2007 | 1896 | 1825 | 1833 | 1937 | 1868 | 1963 | 2186 | 1810 | 1880
півовоїдна форма виробу, в основі – овал із різницею між осями 1,0 см
доліхокранний | 2064 | 1883 | 1793 | 1846 | 1890 | 1875 | 1899 | 2209 | 1771 | 1882
брахікранний | 1953 | 1811 | 1753 | 1781 | 1840 | 1800 | 1859 | 2016 | 1730 | 1808
циліндрична форма виробу, в основі – коло
доліхокранний | 2133 | 1982 | 1930 | 1959 | 1986 | 1970 | 1993 | 2269 | 1920 | 1980
брахікранний | 2006 | 1832 | 1817 | 1808 | 1869 | 1821 | 1900 | 2172 | 1801 | 1829
циліндрична форма виробу, в основі – овал із різницею між осями 1,0 см
доліхокранний | 2038 | 1976 | 1786 | 1849 | 1891 | 1866 | 1882 | 2201 | 1847 | 1910
брахікранний | 1951 | 1788 | 1737 | 1760 | 1823 | 1791 | 1834 | 2002 | 1720 | 1824
Головні убори типових форм, побудовані на основі кола (в яких модуль пружності пакетів більший за 400 • 103 Па) спричиняють тиск, що перевищує максимально допустиму межу (1999 Па як для щільноприлеглих видів одягу) на 6,29...13,03на поверхню доліхокранного морфотипу голови та на 0,41...8,55на поверхню брахікранного морфотипу. Також, перевищують максимально допустимий тиск вироби типових форм, що побудовані на основі овалу з різницею між поздовжньою і поперечною осями 1,0 см, з тих саме пакетів: на поверхню голови доліхокранного морфотипу – на 1,91...9,51брахікранного – майже на 1Отже, головні убори, виготовлені з пакетів матеріалів з високою здатністю опору розтяганню, мають недостатній рівень антропометричної відповідності.
До системи розрахунку комплексу Impact внесено величину допустимого тиску. Кольорова топографія поверхні геометричної моделі головного убору (рис. ) свідчить про неоднорідний розподіл деформацій і тиску на її ділянках в залежності від морфотипу і форми голови. |
Рис. 4. Топографія розподілу тиску геометричної моделі головного убору
В виробах півсферичної форми площа кінцевих елементів, які мають максимальні напруження і тиск, більша за площу КЕ у виробах півовоїдної форми.
Методом регресійного аналізу визначений взаємовплив тиску р і властивостей пакету матеріалів головного убору: товщина h, об’ємна густина с, модуль пружності Е, описаний рівнянням множинної регресії:
для опорної поверхні голови доліхокранного морфотипу голови
.(13)
для опорної поверхні голови брахікранного морфотипу голови
. (14)
Розроблений метод автоматизованої оцінки рівня антропометричної відповідності шитих головних уборів дозволяє виключити етапи виготовлення дослідних зразків виробів і оцінки їх відповідності з процесу проектування форм і базових конструкцій головних уборів.
Четвертий розділ дисертації присвячено формуванню основ забезпечення високого рівня антропометричної відповідності жіночих шитих головних уборів з текстильних матеріалів, удосконаленню методики побудови їх конструкцій.
Напрямком покращення балансу форми головного убору і голови є визначення оптимальних формоутворюючих параметрів виробу на основі оцінки тиску при зміні різниці між його поздовжнім і поперечним вимірами
При різниці між формоутворюючими параметрами головного убору 5,0 см для доліхокранного морфотипу голови тиск на всіх ділянках моделі голови зменшується до меж 60…270 Па, що пояснюється співпаданням різниці поздовжнього і поперечного діаметрів голови з різницею між відповідними вимірами виробу. Тиск виробу при різниці між його параметрами 0…2,0 см на поверхню брахікранного морфотипу голови виникає на потиличній і чоловій кістках голови; при різниці 3,0 см, що відповідна широтній різниці цього морфотипу, тиск незначний (близько 100 Па); а при різниці між вимірами виробу 4,0…5,0 см тиск виникає на тім’яних кісках голови (рис. ). Тиск визначали на ділянках поверхні голови, відповідних чоловій і потиличній кісткам (графіки ) та тім’яним кістками (графіки ). |
Р24 – комплексний пакет: два шари дубльованої тканини (Пеф-100і дублерину (Віс-70%; ПА-30%)
з найбільшими значеннями тиску;
а)
Р15 – пакет: один шар дубльованої тканини (ВБав-55%; ВВіс-45%) і дублерину (Віс-70%;
ПА-30%) з найменшими значеннями тиску
б)
Рис. 5. Максимальний тиск головних уборів з різними параметрами на чоловій і потиличній кістках (1) і на тім’яних кістках (2) морфотипів голови: а) доліхокранного; б) брахікранного
Оптимальною за критерієм “тиск виробу на поверхню голови” для всіх морфотипів голови і пакетів матеріалів рекомендовано різницю між поздовжнім і поперечним вимірами головного убору 2,0 см для промислового проектування.
Розроблено рекомендації з визначення конструктивної прибавки на товщину пакетів ПТпак для побудови конструкцій головних уборів з текстильних матеріалів. Для пакетів, які складаються з тканини верху і прокладкового посилюючого матеріалу, запропонований коефіцієнт зміни товщини kт, що дорівнює 0,8 (за результатами досліду). В загальному вигляді прибавку на товщину пакету матеріалів рекомендовано визначати за формулою:
, мм, (15)
де Ттк – товщина тканини верху, мм;
Тпрпос – товщина прокладкового посилюючого матеріалу, мм;
Тпрут – товщина прокладкового утеплюючого матеріалу, мм (при наявності);
Тп – товщина підкладкового матеріалу, мм (при наявності).
На геометричних моделях виробів із запропонованою оптимальною різницею між параметрами, експериментально визначено за критерієм „тиск виробу на поверхню голови” оптимальну прибавку на вільне облягання 0,1 см, як мінімально необхідну фізіолого-гігієнічну прибавку (ПФ) для шитих головних уборів, змінюючи величину ПФ в межах + …0,5 см (рис. ). |
Рис. 6. Максимальний тиск головного убору при різних величинах прибавки фізіолого–гігієнічної на поверхню голови: 1 – доліхокранного морфотипу; 2 – брахікранного морфотипу
Для удосконалення методу проектування типових базових конструкцій (ТБК) жіночих шитих головних уборів з текстильних матеріалів встановлено зв'язок між основним конструктивними відрізками, ділянками виробів і розмірними ознаками опорної поверхні голови. Обґрунтовано використання чотирьох розмірних ознак верхньої частини голови: Ог, Вгп, dпоз, dпоп, або Dпоз, Dпоп для розрахунків відрізків ТБК замість вимірів макетів. Це дозволяє узгодити параметри головного убору і голови споживача та підвищити рівень їх антропометричної відповідності, а також дозволяє виключити етапи виготовлення і оцінки базових конструкцій і форм виробів.
В дисертації розроблено спосіб умовного розгортання геометричних моделей поверхонь головних уборів з використанням методу скінчених елементів. Спосіб полягає в деформуванні ділянки поверхні головного убору площинами, для отримання деталі у вигляді плоскої розгортки (рис. ).
Спосіб дозволяє обирати, коректувати розташування ліній розгортання і виконувати членування головного убору в місцях:
? проходження типових членувань деталей, відповідних базовим конструкціям;
? найбільших деформацій матеріалів, викликаних контактом із опорною поверхнею голови;
? розташування ліній та членувань за модельними особливостями виробу, отримуючи деталі складної форми. |
Рис. 7. Приклад деформування ділянки поверхні геометричної моделі головного убору для отримання її умовної розгортки
Для апробації сформованих в дисертації бази даних і рекомендацій, розроблені художньо-конструкторські рішення та виготовлені в умовах ЗАТ “Хмельницька трикотажна фабрика” моделі жіночих шитих головних уборів. Дослідним ношенням підтверджено високий рівень їх антропометричної відповідності та можливість масового проектування. Умовно-річний економічний ефект від удосконалення процесу конструкторської підготовки виробництва становить 2230,27 грн.
Результати досліджень впроваджені в навчальний процес кафедри дизайну Хмельницького національного університету. Основні положення та розроблений пристрій застосовуються в дисципліні “Дизайн”, а також в науково-дослідних роботах студентів, курсовому проектуванні.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. На основі теоретичних та експериментальних досліджень удосконалено метод проектування конструкцій жіночих шитих головних уборів та розроблено метод автоматизованої оцінки антропометричної відповідності цих виробів з врахуванням властивостей матеріалів, що призвело до підвищення рівня їх якості та зростання ефективності всього процесу проектування.
2. Удосконалено розмірну типологію голів жінок, яка, враховуючи будову її верхньої частини, містить варіанти типових розміро-висот голів з розподілом на:
? висотні групи за виміром Вгп: І група Вгп = ,0 см, ІІ група Вгп = ,5 см, ІІІ група Вгп = ,0 см, інтервал байдужості iВгп 1,5 см;
? морфотипи і типи форми за розробленим показником “широтна різниця” (rш) між вимірами dпоз і dпоп: при rш = 3,0 см форма голови – округла, тип брахікранний, при rш = 4,0 см форма проміжна, тип – мезокранний, при rш = 5,0 см форма голови витягнута овальна, тип – доліхокранний, інтервал байдужості irш = ,0 см.
3. Встановлено теоретичний зв’язок між розмірними ознаками голови: обхват Ог, поздовжній dпоз і поперечний dпоп діаметри голови, висота її верхньої частини спереду Вгп, що разом з математичною моделлю її поверхні забезпечило розробку геометричної моделі системи “голова-головний убір” для дослідження рівня антропометричної відповідності її об’єктів за показником “баланс форми” та автоматизацію проектування головних уборів і макетів голови.
4. Експериментально встановлено залежності між видовженням і навантаженням текстильних матеріалів і пакетів з них, які характеризують експлуатаційну деформацію в головних уборах, що вперше забезпечило застосування методу скінчених елементів в дослідженні деформованого стану геометричної моделі системи “голова-головний убір”.
5. Розроблено метод автоматизованої оцінки рівня антропометричної відповідності об’єктів геометричної моделі системи „голова-головний убір” за критерієм “тиск виробу на поверхню голови”, яким встановлено перевищення на 1…13,03максимально допустимого тиску типових форм головних уборів (з пакетів, модуль пружності яких більше 400 • 103 Па) формам і морфотипам голови. Вперше виявлено зв'язки між тиском, параметрами виробу і властивостями матеріалів, які реалізовані в теоретичному розрахунку рівня антропометричної відповідності головних уборів за показником “баланс форми”. Запропонований метод є ресурсозберігаючим за рахунок виключення етапів виготовлення й дослідження форм виробів з процесу проектування.
6. Визначено за критерієм “тиск виробу на поверхню голови” оптимальні формоутворюючі параметри і прибавку на вільне облягання виробів при побудові конструкцій жіночих шитих головних уборів з текстильних матеріалів, виробниче впровадження яких забезпечило високий рівень антропометричної відповідності виробів та скорочення матеріальних (на 11і часових (на 27витрат процесу проектування.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ
1.Стрижова О.П., Баннова І.М. Систематизація форм головних уборів за об’ємно-просторовими характеристиками // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2003. – № . – С. –44.
2.Стрижова О.П., Баннова І.М. Застосування прийомів проектної та функціональної трансформації в проектуванні головних уборів // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2004. – № . – С. –135.
3.Буханцова Л.В., Стрижова О.П., Кущевський М.О. Морфологічні типи голів як вихідна інформація для проектування жіночих головних уборів // Вісник Хмельницького національного університету. – 2005. – № . – С. –126.
4.Стрижова О.П., Буханцова Л.В., Баннова І.М. Аналіз та оптимізація параметрів голови при проектуванні жіночих головних уборів // Вісник Хмельницького національного університету. – 2005. – № . – С. –151.
5.Стрижова О.П., Злотніков В.О., Баннова І.М. Дослідження початкової деформації текстильних матеріалів // Вісник Хмельницького національного університету. – 2006. – № . –
