单纤维刺扎人体皮肤的弯曲力学行为分析

伸出织物表面的短、粗纤维末梢是产生贴身纺织品针刺感的主要原因，本质是纤维末梢刺扎并诱发皮肤伤害性机械刺激感受器．通常基于固定-铰接约束条件下弹性压杆轴向压缩稳定性理论，计算纤维末梢的临界压力判断这种感受器的诱发可能性．然而，这种方法忽略了织物握持纤维末梢的强度、纤维末梢接触皮肤的滑动阻力及其柔韧性特征．本文以伸出织物表面的直立纤维末梢为对象，假设其织物握持端为线弹性转动约束、另一端受皮肤的接触反作用力和滑动阻力作用，建立纤维末梢刺扎人体皮肤的弯曲变形力学模型．通过参数化模拟，本文比较分析了纤维末梢在弹性-支撑约束和固定-铰接约束条件下的弯曲变形行为．研究发现，纤维末梢在弹性-支撑约束条件下的弯曲力学行为才能解释其刺扎皮肤产生的大多数力学现象及针刺感现象．