Некоторые подходы к прогнозированию формоустойчивости одежды на различных участках

Формоустойчивость одежды служит определяющим фактором сохранения ее внешнего вида. Сложной и многоаспектной является проблема установления факторов, влияющих на формо-устойчивость одежды и их измерение. Один из путей определения степени формоустойчивости одежды – вычисление напряжений, возникающих на некоторых ее участках, испытывающих многократные значительные растягивающие нагрузки локального характера. Такие участки, как, например, локтевой и коленный, принято называть «проблемными». Чаще всего снижения потери формы добиваются увеличением прибавок, которые выбираются на интуитивном уровне или в соответствии с рекомендациями по построению конструкций из различных видов материалов.

Величина напряжения в деталях одежды на участках, соответствующих суставам тела человека с большими амплитудами движения, определяется путем измерения давления этого участка тела на одежду при совершении движения. С целью определения формоустойчивости одежды из льняной бортовки и трикотажного полотна второй группы растяжимости и величин нагрузок, воздействующих на «проблемные» участки одежды, проведены серии опытов на деталях рукава с изменением величин прибавок к обхватам плеча и запястья и к длине рукава.

Эксперимент осуществлен с использованием льняной бортовки и трикотажного полотна как диаметрально противоположных по свойствам материалов, таким, например, как растяжимости, восстанавливаемости, жесткости, драпируемости.

Для образцов деталей рукава из льняной бортовки прибавка к обхвату плеча варьировалась от 0 до 50 мм, для обхвата запястья – от 0 до 30 мм, к длине – от 0 до 30 мм. Для образцов деталей рукава из трикотажного полотна прибавка к длине варьировалась от –10 до 30 мм, к обхвату запястья – от –10 до 30 мм, к обхвату плеча – от –10 до 50 мм.

Характер изменения величины напряжения в деталях из различных материалов зависит от свойств этих материалов и проявляется при изменении геометрических размеров детали, т.е. конструктивных прибавок. Результаты эксперимента показали, что характер реакции на изменение прибавок в нерастяжимом жестком материале льняной бортовки существенно отличается от характера реакции трикотажного полотна, характеризуемого значительной растяжимостью и малой жесткостью. Оказалось, что при увеличении прибавок напряжение в образце из льняной бортовки на исследуемом участке снижается постепенно и незначительно, а при прибавке в 20 мм и больше происходит резкое снижение напряжения. Результаты эксперимента с деталью рукава из льняной бортовки представлены на рисунках 1–2. Анализ результатов эксперимента показал, что при нулевой прибавке к длине рукава изменение величины напряжения при изменении прибавки к обхвату описывается логарифмической функцией (табл. 1, заштрихованная зона), при прибавках к длине рукава от 10 до 30 мм - степенной (табл. 1). Изменение напряжения, возникающего при изменении прибавки к длине рукава при фиксированных нулевых прибавках к обхватам, описывается степенной функцией (табл. 2). Как показали результаты анализа эксперимента, степенная функция ограничивается второй степенью.

Увеличение прибавки к длине рукава значительно сказывается на изменении напряжения и приводит к более интенсивному его снижению, чем увеличение других прибавок (рис. 1). Увеличение прибавки к обхвату запястья приводит сначала к постепенному снижению напряжения, которое затем резко падает (рис. 2). Изменение напряжения при увеличении прибавки к длине рукава характеризуется более равномерным характером (рис. 3), однако стоит отметить, что при увеличении этой прибавки существенно снижается напряжение по сравнению с аналогичными изменениями в прибавках к обхвату плеча.

Рис. 1. График зависимости напряжения от величины прибавки к длине в рукаве из льняной бортовки

Рис. 2. График зависимости напряжения от величины прибавки к обхвату запястья при нулевой прибавке к обхвату плеча в рукаве из льняной бортовки

Результаты эксперимента с трикотажным полотном второй группы растяжимости представлены в таблицах 3 и 4 и на рисунках 4-6. Трикотажное полотно показало более равномерную реакцию на изменение прибавок. Анализ результатов эксперимента показал, что изменение напряжения, возникающего при изменении прибавки к длине рукава при фиксированных нулевых прибавках к обхватам, описывается степенной функцией третьего и выше порядка (рис. 3).

Динамика изменения напряжения в рукаве из трикотажного полотна при увеличении прибавки к длине отличается наличием участка с относительно незначительным уменьшением напря- жения (рис. 4), который располагается в районе прибавки к длине 10 – 20 мм. В отличие от напряжения в рукаве из льняной бортовки в трикотажном наблюдается меньшая разница в величинах снижения напряжения при изменении прибавок к обхватам, но характер кривых, описывающих этот процесс, отличается значительно (рис. 5, 6). Увеличение прибавки к обхвату запястья приводит к значительному снижению напряжения вначале и после 20 мм (рис. 5), а при увеличении прибавки к обхвату плеча (Пдрук от –10 до 20 мм) вначале приводит к существенному снижению напряжения, которое затем незначительно реагирует на дальнейшее увеличение прибавки к обхвату. Существенно отличается характер кривой при Пдрук=30 мм, на которой наблюдается ступенчатое уменьшение напряжения (см. рис. 6).

После проведения замеров напряжения для определения формоустойчивости деталей из различных материалов с заданными конструктивными параметрами проведены многоцикловые испытания, для чего с каждым образцом рукава проведена серия движений, соответствующих сгибанию руки в локте. Сравнительный анализ величин остаточной деформации показал, что рукава из льняной бортовки претерпели потерю формы в среднем на 84% больше, чем рукава из трикотажного полотна. Наибольшая потеря формы наблюдается при нулевых прибавках в рукаве из льняной бортовки.

Таблица 1

Изменение величины напряжения в одежде из льняной бортовки

Прибавка, х		Прибавка к длине рукава, мм
		0			10
		Величина напряжения, Па, Y		Достоверность аппроксимации, R2	Величина напряжения, Па, Y	S bQ S О со	Достоверность аппроксимации, R2
° в8 у ст	0	35528,97	со in J U н 5	0,9969	35176,30	оо । О X X II СО о	0,9993
	10	34879,35			34714,4
	20	34508,74			34309,9
	30	34317,93			33845,6
& s х £ У с	0	35528,97	'с Ш 1-1 Ш '-Г m 00 ^ -^ Г4	0,9991	35276,30	а с5 ^ >	0,9967
	10	34167,99			34697,9
	20	33279,03			33994,2
	30	32617,65			33107
	40	32146,33			32483,5
	50	31828,27			31855,9
		20			30
с ” S 1О 5 у	0	34572,1	1 ^ сё	0,9961	29378,7	7 з ^s	0,9979
	10	33994,97			29175,23
	20	33213,99			28864,52
	30	32642,76			28274,83
S S У С о	0	34605,34	и	0,9951	29378,7	9 г,х	0,9984
	10	33796,67			28866,58
	20	32866,22			28373,12
	30	32163,11			27788,43
	40	30795,32			27051,2
	50	29108,67			26491,93

Таким образом, наибольшего снижения напряжения добиваются, увеличивая прибавку к длине рукава, наименьшего – увеличивая прибавку к обхвату плеча и запястья. Учитывая, что формоустойчивость обратно пропорциональна напряжению, возникающему на исследуемом участке одежды, очевидно, что одежда из трикотажного полотна в одинаковых условиях с одеждой из льняной бортовки будет дольше сохранять форму. Для повышения формоустойчивости одежды из неэластичных материалов существуют пути увеличения прибавок, в первую очередь по длине, и перераспределения напряженного состояния конструктивными и технологическими путями.

Таблица 2

Изменение величины напряжения в одежде из льняной бортовки на участке локтя при нулевых прибавках к обхвату (рис. 1)

Прибавка к длине рукава, мм, х	Величина напряжения, Па, Y	Зависимость	Величина достоверности аппроксимации, R2
0	35358,97	Y = 32302 + 4260,4x – 1235,2x2	0,9677
10	35276,3
20	34572,1
30	29378,7

Прибавка к длине рукава, мм

Рис. 3. График зависимости напряжения в рукаве из трикотажного полотна от прибавки к длине рукава

Рис. 4. График зависимости напряжения от величины прибавки к длине в рукаве из трикотажного полотна

Прогнозирование формоустойчивости участков одежды возможно при выявлении факторов, влияющих на нее и обусловливающих ее повышение. Анализ результатов эксперимента показал, что характер восприятия нагрузки зависит от вида материала, выражаемого в его растяжимости, жесткости, толщине и т.п.

Актуальной становится задача выявления критичных величин нагрузок, в результате действия которых происходит ускорение потери формы. В исследованных образцах деталей одежды начальная их форма – плоскость. После проведения многоцикловых испытаний на участке приложения нагрузки образцы приобрели выпуклость, что свидетельствует о возникновении значительных величин необратимых деформаций, сосредоточенных на относительно небольшой площади.

Рис. 5. График зависимости напряжения от величины прибавки к обхвату запястья при нулевой прибавке к обхвату плеча в рукаве из трикотажного полотна

Рис. 6. График зависимости напряжения от величины прибавки к обхвату плеча при нулевой прибавке к обхвату запястья в рукаве из трикотажного полотна

Так как величина напряжения зависит от площади приложения нагрузки, то увеличение зоны распределения или перераспределения растягивающих нагрузок позволит сократить величины возникающих на этой площади напряжений. Такое перераспределение нагрузки, в частности, происходит при увеличении прибавок к различным участкам детали – к длине рукава, к обхватам. Причем при увеличении прибавки к участку или измерению, непосредственно затрагивающему зону приложения нагрузки, происходит более значительное снижение напряжения. Так, при увеличении прибавки к длине рукава, которая распределяется и на участок локтя, происходит более динамичное снижение напряжения в локтевой области детали одежды при нагружении, чем при аналогичном по величине увеличении прибавок к обхватам плеча и запястья, несмотря на то что эти прибавки обеспечивают пропорциональное увеличение детали по всей ширине. Очевидно, в этом случае влияют факторы конфигурации детали, особенности возникновения нагрузки и обусловленное этим направленное распределение напряжений.

Таблица 3

Изменение величины напряжения в одежде из трикотажного полотна второй группы растяжимости

Прибавка, х		Прибавка к длине рукава, мм
		-10			0			10
		Величина напряжения, Па, Y	я	2 о s Я S' О S kJ	Величина напряжения, Па, Y	я	H я о ™ g 2 4 g	Величина напряжения, Па, Y	я	о 4 g
5 X VO О ^	-10	8254,09	> +		7853,12	+ I и 2 >	о	7691,47	+ ^ X °   00
	0	8117,36			7644,56			7305,69
	10	8009,23			7504,98			7214,73
	20	7956,37			7453,95			7199,64
	30	7848,72			7365,98			7184,05
S S cd T Я я X VO О ^	-10	8254,09	+		7853,12	$ of^X ^ R		7691,47	+ X 1 ^ vo ^ £ 7 £ 4 $ г + 11 oo
	0	8065,23			7594,57			7285,64
	10	7703,76			7475,13			7106,35
	20	7598,9			7286,06			6903,4
	30	7473,78			7169,46			6827,06
	40	7295,46			7003,94			6791,36
	50	7173,2			6989,44			6736,02
		10			20			30
S S 5 X VO О	-10	7691,47	S X		7494,35	1		6929,24	m* 1 ^ CO ^x О a 5 ° Ov II ^ ^ £
	0	7305,69			7204,62			6707,93
	10	7214,73			7057,36			6573,97
	20	7199,64			6984,86			6417,8
	30	7184,05			6892,99			6389,58
S я X VO О и	-10	7691,47	+ VO CO		7494,35	^X ri CO s и		6929,24	+ + ™ + и 7
	0	7285,64			7163,97			6683,85
	10	7106,35			6972,01			6409,3
	20	6903,4			6819,4			6353,85
	30	6827,06			6727,36			6228,69
	40	7295,46			7003,94			6791,36
	50	7173,2			6989,44			6736,02

В случае невозможности увеличения прибавок для повышения формоустойчивости перспективным направлением для сохранения формы является применение многокомпонентных оболочек, позволяющих повышать формоустойчивость в выбранных величинах прибавок за счет перераспределения нагрузки по объему участка.

Таблица 4

Изменение величины напряжения в одежде из льняной бортовки на участке локтя при минимальных прибавках к обхватам запястья и плеча (рис. 3)

Прибавка к длине рукава, мм., х	Величина напряжения, Па, Y	Зависимость	Величина достоверности аппроксимации, R2
-10	8254,09	Y = -2,4054x4 - 21744x3 + 310,26x2 – 1143,5x + 9111,4	1
0	7853,12
10	7691,47
20	7494,35
30	6929,24

В процессе реализации серии экспериментов впервые получены сведения о локальных напряжениях, возникающих на отдельных участках одежды при воздействии эксплуатационных нагрузок, во взаимосвязи с различными величинами конструктивных прибавок. Установлено, что эти напряжения приводят к потере формы, выраженной в виде необратимой деформации участков одежды. Снижение напряженных состояний возможно при увеличении прибавок, использовании более растяжимого материала, перераспределении нагрузки на большую площадь как за счет увеличения прибавок, так и за счет использования многокомпонентных оболочек.