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织物接触冷感的计算机建模研究 ，硕士士学位论文，共73页。
摘 要
织物接触冷暖感是人体皮肤接触织物面料时，织物与人体皮肤发生热量的传递，皮肤的温度会升高或者降低，刺激温度感受体，使人产生冷暖感觉。国内外对织物接触冷暖感多年来进行了大量的研究，开发了相应的测试与评价方法。KES-F7 通过测试织物的最大热流通量来表征织物的接触冷暖感，HES 则以测试织物的最大热吸收能力来评价它的程度高低。此外一些学者通过建立计算机模型分析其机理。
尽管前人对织物接触冷暖感的研究较为成熟，然而这些研究集中在对一维系统的探讨上，无论模型与测试仪器，几乎都是通过二维系统进行模拟；近年少数采用三维模型探讨触感，涉及冷暖感的探讨很少；而且多数研究侧重于物理过程，对于生理与心理方面涉及很少。然而，现实中，皮肤与织物的触碰多半是点接触再扩大到面接触，触摸的过程中甚至还存在着织物与皮肤的变形，接触中的热传递与力传递相互耦合，其复杂程度很有必要进行三维建模研究。因此，本文提出对织物接触冷暖感进行三维建模。由于人们常常通过手指触摸织物来评价织物的品质，本文的研究针对手指-织物的接触进行建模。
建模分为两个主要部分进行：手指-织物接触过程的热、力耦合的模拟以及手指的冷暖感觉模拟。第一部分又分成两个步骤进行：几何建模以及采用 ABAQUS 进行热、力耦合建模。几何建模采用三维绘图软件 Solidworks，分别建立食指的几何模型以及三种不同织物(棉织物、丙纶织物以及聚酰亚胺织物)的几何模型。之后，将几何模型导入到 ABAQUS 中，配置好热、力学等材料属性，初始条件以及边界条件后，采用热、力耦合模型计算手指-织物的接触过程。
第二部分的模型(手指冷热感觉模型)是基于美国加州大学伯克利分校的 Zhang 的局部动态冷热模型，针对手指-织物接触过程时间短，接触面积小的特点，忽略其公式中的体核温度的变化以及皮肤平均温度的变化得出的。采用 Matlab 编程实现后，根据冷暖温度感受器位置的不同，相对应的采集模拟结果中手指里层温度变化数据，代入模型中，最终得到织物冷热感觉的计算机模拟结果。
模型建立后，本文通过手指-织物接触实验分别验证模型的两大部分。通过三块织物(棉织物、丙纶织物以及聚酰亚胺织物)的结果对比，发现模型第一部分得出的手指接触面以及接触位置的织物底面的温度的变化趋势与实验完全一致，对于同一时刻的绝对值两者略有差异(小于 0.5℃的偏差)。冷暖感觉模型得出接触瞬间冷热感觉最强烈，之后趋缓。这与受试者的主观感受也十分吻合。
最后本文采用模型模拟预测织物的接触冷暖感。分别针对不同织物材料，不同的织物初始温度，不同织物经纬密度和不同织物厚度进行模拟预测。结果表明，导热系数越大，冷暖感觉表现越显著；织物初始温度偏离手指温度越多，冷暖感觉表现越显著；经纬密度越小，冷暖感觉表现越明显；织物厚度越小，冷暖感觉表现越明显。
关键词：织物接触冷暖感，热感觉，温度，有限元