随着热疗产品需求量及使用者的增加,对其发热质量的要求也随着增加。本课题通过有限元法模拟热疗产品及热敷作用下的皮肤组织表面及内部的温度分布状况,利用BP神经网络建立有效的皮肤组织热作用分析模型,进而指导热疗纺织品发热温度、组合形式(间距)及作用时间的设定,为热疗产品的设计优化提供理论参考。首先,制作并测量了不同发热温度的碳纤维发热元件,市场上常见的三种平纹纺织品热性能参数,选择人体局部部位(手臂与后脖颈)为实验样本,测试不同皮肤组织层厚度、不同发热元件温度、不同内外层覆盖织物情况下的人体皮肤组织表皮层的最高温度,以此作为验证样本用于验证后续训练所得的BP人工神经网络模型的准确性。其次,本文建立热疗纺织品的微观几何模型,利用有限元法模拟分析纱线发热温度、覆盖面料、孔隙填充物(涂层)对微观模型内外表面横向纵向的温度场分布影响。结果表明:发热纱线温度或覆盖面料导热系数的增加,可增大织物横向热传递距离。采用10wt%SiC涂层作为织物内部孔隙填充物,可有效减少织物传热过程中的热量损失。微观模型所得到的热传递分析结果补充了陈杨等的发热织物宏观模型研究,且结果相同,表明微观模型与宏观组合模型都能有效准确地表征发热织物的热传递特点。在上述基础上,进一步建立发热片-织物-皮肤组织组合体的宏观模型,考虑皮肤组织的传热性能,运用ANSYS在不同环境条件不同载荷约束下,对不同织物-皮肤组织模型的温度分布进行了细致的模拟,可以得到各层皮肤组织二维及三维的温度分布情况。结果表明:在相同发热条件下,表皮层与真皮层最高温度的上升幅度几乎相同,皮下组织层的温度上升趋势小于表皮层、真皮层的。因此,在设计热疗产品发热温度时,需考虑病灶部位(皮下组织)所需达到的目标温度,不仅关注表皮层的温升状况;可根据皮肤组织热通量计算烫伤时间临界值,确定其发热间隔时间设定;人体皮下组织层越厚,其所能达到的最高温度越小,皮下组织层厚度越小其温度分布越均匀。因此,在设定热疗织物发热温度时,需针对不同人、不同身体部位,灵活设定发热温度。还可根据使用者的皮下组织层厚度来设定发热源间距,以保证皮肤组织的发热均匀性;内外层织物的导热系数及厚度对热量在模型中传递起到共同的影响,内层织物应选择导热系数较大的,发热片外层覆盖织物应选择厚度较大、导热系数较小的,可增加发热片向皮肤组织所传递的热量,减少发热片向外界损失的热量,以提高发热片热量的利用率;使用nano-SiC涂层制作发热膜能有效提高织物-皮肤组织的温度均匀性。将有限元法获取的数据作为训练样本,引入BP人工神经网络法。将皮下组织层厚度、里层织物厚度、里层织物导热系数、外层织物厚度、外层织物导热系数、发热片发热温度作为人工神经网络的输入,皮肤组织表皮层、真皮层、皮下组织最高温度、皮肤组织热通量作为网络输出。将实验所得结果导入训练模型,得到各层温度与热通量的预测精度误差均在5%以内。表明,建立的神经网络预测模型是合理的,能够准确地对发热片-皮肤组织-织物的热传递结果进行预测,可用于指导、预测热疗纺织服装的设计及功能性评估,具有一定的商业价值。