运动文胸结构参数对其防震功能影响的研究进展

运动文胸结构参数对其防震功能影响的研究进展
作者：郑雪陈晓娜孙光武
来源：《丝绸》2022年第04期
摘要：为了探究可以提升防震功能的运动文胸结构参数，文章从运动学和生物力学的角度分析了整体结构和部件结构参数对运动文胸防震功能的具体影响。

在整体结构参数方面，着
重分析了承托式运动文胸和压缩式运动文胸两个基础类型;在部件结构参数方面，着重研究了罩杯、衬垫、钢圈、肩带、底围等5个结构部件。

最后指出，未来可在保证运动文胸面料参数一致的基础上，继续研究不同结构参数对运动文胸防震功能的影响，加强运动文胸防震功能作用机理的研究，为运动文胸的结构设计优化及防震功能的提高提供理论指导。

关键词：运动文胸;罩杯;肩带;底围;乳房疼痛;乳房位移
中图分类号： TS941.17文献标志码： A文章编号： 10017003（2022）04004507
引用页码： 041107DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2022.04.007（篇序）
女性运动过程中的乳房过度震动会造成许多负面影响。

调查发现，乳房过度震动所产生的乳房疼痛成为部分女性进行体育活动的障碍之一[1-3]。

此外，乳房过度震动还有可能损伤乳房组织结构，导致韧带松弛和乳房下垂等问题[4-5]。

已有研究证明，相对于普通文胸，穿着运动文胸可以更有效地限制乳房震动，减少由此带来的乳房疼痛[3，6]。

因此，通常建议女性在运动时穿着运动文胸作为外部支撑[7]。

目前还没有关于运动文胸防震功能的明确定义，本文将运动文胸控制乳房震动及缓解乳房震动引起的乳房不舒适的作用定义为运动文胸的防震功能。

然而最近一项针对有健身习惯的女性消费者的调查发现，76%的消费者认为目前市场上的运动文胸防震性低[8]，可见运动文胸的防震功能仍有待优化。

为了提高运动文胸的防震功能，首先需要了解其影响因素有哪些。

运动文胸的成品主要通过款式设计、面料选择、结构制版和工艺制作完成，因此结构参数、面料参数和工艺参数都有可能影响运动文胸的防震功能。

目前针对结构参数对运动文胸防震功能影响的研究是最多的，故本文从运动学和生物力学两个角度回顾总结了运动文胸整体结构和部件结构参数对其防震功能的影响。

1整体结构对防震功能的影响
运动文胸的整体结构主要分为两种：压缩式和承托式。

压缩式运动文胸通过将乳房压在胸壁上来限制乳房震动;承托式运动文胸利用两个罩杯来分离和支撑每个乳房，以限制乳房震动[2]。

这两种结构的运动文胸限制乳房震动的作用机理不同，因此防震功能也不同。

目前对于哪一种结构的运动文胸防震功能更好，该领域并没有一致的研究结论，但部分研究人员通过实验得到了一些规律。

Steele等[4]认为穿着压缩式运动文胸可以有效降低小乳房（罩杯A或B）女性运动时的乳房位移与乳房不舒适，而大乳房（罩杯C及以上）女性穿着承托式运动文胸才能更有效地降低运动引起的乳房位移与乳房不舒适。

但这一结论与White等[9-10]和Chen等[11]的研究结论不符。

White等[10]研究了D罩杯女性在4种乳房支持条件（不穿文胸、普通文胸、承托式运动文胸和压缩式运动文胸）下，以10.8 km/h速度跑步时的动力学变量（竖直、向内、向外和前
后方向冲击力的最大值，力的加载速率和内外侧冲量）和运动学变量（乳房三维位移），发现两款运动文胸的动力学变量和运动学变量均没有显著差异。

但实验对象认为穿着压缩式运动文胸时最舒适，这与Steele等[4]认为大乳房女性更适合穿着承托式运动文胸的观点不一致。

该团队在后续的研究中还发现，在跑步速度为11.16 km/h时，两款运动文胸在三个方向（竖直、前后、左右）上的乳房位移均没有显著性差异，且实验对象认为分别穿着这两种运动文胸时的乳房舒适性也没有显著差异[9]。

这同样与Steele等[4]的研究结论不符，原因可能是该团队与Steele[4]团队实验中使用的运动文胸的面料参数或结构参数不一致。

Chen等[11]發现当跑步速度为7.5 km/h和10 km/h时，实验对象（罩杯A、B和C）穿着压缩式运动文胸时的乳房位移与乳房不舒适显著小于承托式运动文胸，与Steele[4]的结论较一致;而当运动速度为5 km/h 时，实验对象认为穿着两款运动文胸时的乳房位移与乳房不舒适没有显著差异，与Steele[4]的结论不符。

此外，Chen等[11]发现当实验对象穿着承托式运动文胸时，跑步速度对乳房的动态舒适性有显著性影响;而在穿着压缩式运动文胸时，跑步速度对乳房的动态舒适性没有显著性影响。

这说明不同的运动速度下运动文胸的防震功能不同，未来的研究中应在不同的运动强度下研究运动文胸整体结构对其防震功能的影响。

除了整体结构外，运动文胸的部件结构参数和面料参数也是影响运动文胸防震功能的重要因素。

以上研究中使用的两种运动文胸的结构参数和面料参数存在较大差异，因此目前针对哪一种整体结构的运动文胸防震功能更好尚未得出统一结论，如表1所示。

未来在研究运动文胸整体结构与防震功能的关系时，应充分考虑乳房大小、跑步速度、运动文胸结构参数和面料参数等因素的影响。

2部件结构参数对防震功能的影响
运动文胸的结构主要包括罩杯、肩带、后拉片、底围和鸡心五个部分，如图1所示。

各部件结构参数变化会影响该部件与人体之间的相互作用力，进而影响运动文胸对乳房震动的控制作用[12]。

除此之外，钢圈和衬垫是用在罩杯上的功能性辅助部件，均有支撑乳房的作用。

目前针对后拉片和鸡心结构参数的研究相对较少，因此本文主要从罩杯、衬垫、钢圈、肩带和底围五个部件探讨部件结构参数对运动文胸防震功能的影响。

2.1罩杯
罩杯是运动文胸中直接作用于女性乳房，用来包容、支撑和保护乳房的结构[13]，其他部位对于乳房的影响都要通过罩杯来传递，因此罩杯的结构设计会直接影响文胸对乳房的作用力。

罩杯的杯高会影响罩杯覆盖乳房的面积。

杯高较高的文胸覆盖乳房的面积更大，一方面增加了罩杯对乳房的作用面积;另一方面使得乳房运动时对罩杯的冲击载荷分布到更多的方向，同时罩杯内乳房各个方向的运动动量也分布得更加均匀，进而减少单一方向上的乳房位移[14]。

因此，罩杯杯高是影响运动文胸防震功能的重要因素。

Lee等[14]使用同一种面料制作了
全罩杯（杯高为14.6 cm）和1/2罩杯（杯高为126 cm）的普通文胸，研究了两种罩杯杯高对乳房竖直位移的影响。

结果表明，与1/2罩杯的文胸相比，全罩杯文胸可以更好地控制乳房竖直位移。

然而，该研究结论是通过普通文胸实验得到的，是否也适用于运动文胸还有待考证。

此外，该研究仅分析了竖直方向的乳房位移，罩杯杯高是否对其他方向的乳房位移产生影响还需通过实验进一步探究。

2.2衬垫
衬垫是作用在罩杯上的功能性辅料，具有提升乳房、塑造胸部造型和提高罩杯承托性能的作用[12]。

衬垫的结构参数包括大小、形状、厚度等，目前已有的研究主要集中在衬垫厚度上。

由于不同硬度的衬垫影响运动文胸防震功能的作用机制不同，因此对于不同硬度的衬垫，其厚度变化对运动文胸防震功能的影响是有差异的。

当衬垫较硬时，增加衬垫厚度可以提高乳房的整体高度，使乳房接近无负荷时的位置[15]。

这时增加衬垫厚度可能对乳房的运动学变量没有显著性影响，但可以使乳房保持在相对舒适的位置。

McGhee等[15]发现，当跑步速度为6～12 km/h時，在罩杯下方放置1 cm厚的高密度衬垫抬高乳房，可显著提高文胸的穿着舒适性和乳房的运动舒适度，但并没有引起乳房竖直位移和竖直瞬时速度的显著降低。

然而，该研究中运动速度的范围比较大，没有分别对不同运动速度下的实验结果进行讨论，因此无法确定不同速度下有无衬垫是否会对乳房竖直位移产生影响。

当衬垫的材质较软时，运动过程中乳房通过与文胸相互作用，可以将一部分动能转化为衬垫的压缩能，适当增加衬垫厚度可以使衬垫吸收更多的乳房动能，从而减少乳房震动[16]。

单位面积的衬垫压缩能计算公式如下式所示：
WT=∫εm0Fdε （1）
式中：WT为单位面积的衬垫压缩能，Nm/m2;ε为单位面积的衬垫压缩应变，m;εm为单位面积的衬垫最大压缩应变，m;F为作用在单位面积的衬垫上的压力，N。

李瑾[17]研究了在5、7.5 km/h及10 km/h的运动速度下衬垫厚度（包括无衬垫，衬垫中心厚度为0.45、0.75 cm和105 cm）对乳房竖直位移的影响。

相比McGhee[15]使用的高密度衬垫，该实验使用了普通衬垫，衬垫材质可能更软。

结果发现，不同运动速度下，衬垫厚度对乳房竖直位移的影响也不同。

当运动速度为5 km/h时，衬垫厚度对乳房竖直位移无显著影响;当运动速度为7.5 km/h和10 km/h时，乳房竖直位移随衬垫厚度的增加而显著减小。

该结论说明，在进行慢跑和快跑这类强度较大的运动时，适当增加衬垫厚度可提高运动文胸的防震功能。

综上所述，在McGhee等[15]和李瑾[17]的研究中，衬垫厚度对乳房竖直位移的影响并不一致。

除衬垫材质性能外，这两项研究中的实验速度也不同，这也有可能是导致两项研究所得结论不同的原因。

未来需进一步验证在不同的衬垫硬度下，增加衬垫厚度是否可以减少乳房位移。

此外，衬垫的大小和形状也会对衬垫与乳房之间的相互作用力造成影响，因此，未来研究中可继续探究衬垫的大小、形状与运动文胸防震功能的关系。

2.3钢圈
钢圈位于罩杯的下缘，具有提高罩杯承托力的作用，其结构参数主要包括：开口宽度、内径、内侧高、外侧高等，如图2[18]所示。

目前对钢圈具体结构参数的研究较少，研究人员大多只是对文胸中有无钢圈进行研究。

图2钢圈结构参数
Fig.2The structure parameters of the underwire陈晓娜等[19]选择大乳房（C罩杯）女性作为实验对象，分析了在3种运动速度（5、7.5、10 km/h）下，在普通文胸中增加钢圈和取出钢圈后的乳房竖直位移。

研究发现，增加钢圈后文胸对乳房竖直位移的降低作用显著增加，控制效果随速度增加而加强，并且可以减少由乳房位移引起的乳房不适。

这些研究结论是通过普通文胸实验得到的，是否也适用于运动文胸还有待考证。

增加钢圈引起位移变化的力学机理尚不清楚。

在文胸中增加钢圈虽然能够增强防震功能，但同时也会引起钢圈周围的应力集中，引起压力不舒适。

因此，未来应分析增加钢圈后文胸各部位对乳房施力的变化，以便根据其力学机理设计与钢圈功能相同但压力舒适性更好的结构部件。

此外，钢圈的结构参数对罩杯的力学性能有直接影响，进而影响运动文胸的防震功能，未来的研究中可继续探讨有无钢圈及钢圈结构参数变化对运动文胸防震功能的影响。

2.4肩带
肩带是连接文胸前后片的带子，主要作用是提拉罩杯和后拉片。

运动文胸肩带的常见结构主要有竖直型、X型（或交叉型）、工字型和组合型[17，20]。

研究人员通常讨论的肩带结构参数主要为肩带的宽度、方向和背部结构。

2.4.1肩带的宽度和方向
肩带的宽度和方向会直接影响肩带对罩杯和后拉片施加的拉力。

由胡克定律可知，当肩带长度和面料弹性模量保持不变时，单位宽度的肩带拉伸到固定长度时的面料拉伸力为定值，其理论关系可用下式表示：
F=E（Δl/l0）（2）
式中：F为单位宽度的面料拉伸力，N;l0为面料原长，m;Δl为面料受力后的伸长量，m;E 为面料的弹性模量，N/m。

因此在肩带长度和面料弹性模量保持不变的基础上，增加肩带宽度可以提高肩带对罩杯和后拉片的拉力（图3），进而有可能提高运动文胸的防震功能。

此外，当肩带对罩杯和后拉片施加的拉力与乳房震动产生的力的方向正好相反时，可以更好地限制乳房震动[21]。

肩带方向的变化会改变肩带拉力的方向，从而影响文胸的防震功能。

Bowles等[21]测试了五种肩带条件下，包括无肩带、两种肩带方向（竖直肩带、背部交叉肩带）和两种肩带设计（加肩垫的肩带和无肩垫肩带），实验对象在跑步机上跑步时的乳房竖直位移、乳房疼痛、肩带压力和肩部压力舒适度。

其中肩垫（130 mm×50 mm）由外部缝有尼龙精编布的泡沫橡胶制成，并通过尼龙搭扣将肩垫固定在肩带上。

实验结果显示，肩带方向的改变对减少乳房竖直位移和乳房疼痛均没有显著性影响;但与无肩带状态相比，两种肩带方向均可显著减少乳房竖直位移和乳房疼痛。

该研究仅测试了乳房竖直方向的位移，并没有考虑乳房的前后位移和左右位移。

此外，当肩带从竖直方向改为交叉方向时，所需长度更长。

由于该实验中肩带长度不可调长，导致肩部压力增加。

这种增加并不是在肩带合体的情况下发生的，因此不能准确反映肩带方向变化对肩带压力、肩部压力舒适度和运动文胸防震功能的影响。

2.2衬垫
衬垫是作用在罩杯上的功能性辅料，具有提升乳房、塑造胸部造型和提高罩杯承托性能的作用[12]。

衬垫的结构参数包括大小、形状、厚度等，目前已有的研究主要集中在衬垫厚度上。

由于不同硬度的衬垫影响运动文胸防震功能的作用机制不同，因此对于不同硬度的衬垫，其厚度变化对运动文胸防震功能的影响是有差异的。

当衬垫较硬时，增加衬垫厚度可以提高乳房的整体高度，使乳房接近无负荷时的位置[15]。

这时增加衬垫厚度可能对乳房的运动学变量没有显著性影响，但可以使乳房保持在相对舒适的位置。

McGhee等[15]发现，当跑步速度为6～12 km/h时，在罩杯下方放置1 cm厚的高密度衬垫抬高乳房，可显著提高文胸的穿着舒适性和乳房的运动舒适度，但并没有引起乳房竖直位移和竖直瞬时速度的显著降低。

然而，该研究中运动速度的范围比较大，没有分别对不同运动速度下的实验结果进行讨论，因此无法确定不同速度下有无衬垫是否会对乳房竖直位移产生影响。

当衬垫的材质较软时，运动过程中乳房通过与文胸相互作用，可以将一部分动能转化为衬垫的压缩能，适当增加衬垫厚度可以使衬垫吸收更多的乳房动能，从而减少乳房震动[16]。

单位面积的衬垫压缩能计算公式如下式所示：
WT=∫εm0Fdε （1）
式中：WT为单位面积的衬垫压缩能，Nm/m2;ε为单位面积的衬垫压缩应变，m;εm为单位面积的衬垫最大压缩应变，m;F为作用在单位面积的衬垫上的压力，N。

李瑾[17]研究了在5、7.5 km/h及10 km/h的运动速度下衬垫厚度（包括无衬垫，衬垫中心厚度为0.45、0.75 cm和105 cm）对乳房竖直位移的影响。

相比McGhee[15]使用的高密度衬垫，该实验使用了普通衬垫，衬垫材质可能更软。

结果发现，不同运动速度下，衬垫厚度对乳房竖直位移的影响也不同。

当运动速度为5 km/h时，衬垫厚度对乳房竖直位移无显著影响;当运动速度为7.5 km/h和10 km/h时，乳房竖直位移随衬垫厚度的增加而显著减小。

该结论说明，在进行慢跑和快跑这类强度较大的运动时，适当增加襯垫厚度可提高运动文胸的防震功能。

综上所述，在McGhee等[15]和李瑾[17]的研究中，衬垫厚度对乳房竖直位移的影响并不一致。

除衬垫材质性能外，这两项研究中的实验速度也不同，这也有可能是导致两项研究所得结论不同的原因。

未来需进一步验证在不同的衬垫硬度下，增加衬垫厚度是否可以减少乳房位移。

此外，衬垫的大小和形状也会对衬垫与乳房之间的相互作用力造成影响，因此，未来研究中可继续探究衬垫的大小、形状与运动文胸防震功能的关系。

2.3钢圈
钢圈位于罩杯的下缘，具有提高罩杯承托力的作用，其结构参数主要包括：开口宽度、内径、内侧高、外侧高等，如图2[18]所示。

目前对钢圈具体结构参数的研究较少，研究人员大多只是对文胸中有无钢圈进行研究。

图2钢圈结构参数
Fig.2The structure parameters of the underwire陈晓娜等[19]选择大乳房（C罩杯）女性作为实验对象，分析了在3种运动速度（5、7.5、10 km/h）下，在普通文胸中增加钢圈和取出钢圈后的乳房竖直位移。

研究发现，增加钢圈后文胸对乳房竖直位移的降低作用显著增加，控制效果随速度增加而加强，并且可以减少由乳房位移引起的乳房不适。

这些研究结论是通过普通文胸实验得到的，是否也适用于运动文胸还有待考证。

增加钢圈引起位移变化的力学机理尚不清楚。

在文胸中增加钢圈虽然能够增强防震功能，但同时也会引起钢圈周围的应力集中，引起压力不舒适。

因此，未来应分析增加钢圈后文胸各部位对乳房施力的变化，以便根据其力学机理设计与钢圈功能相同但压力舒适性更好的结构部件。

此外，钢圈的结构参数对罩杯的力学性能有直接影响，进而影响运动文胸的防震功能，未来的研究中可继续探讨有无钢圈及钢圈结构参数变化对运动文胸防震功能的影响。

2.4肩带
肩带是连接文胸前后片的带子，主要作用是提拉罩杯和后拉片。

运动文胸肩带的常见结构主要有竖直型、X型（或交叉型）、工字型和组合型[17，20]。

研究人员通常讨论的肩带结构参数主要为肩带的宽度、方向和背部结构。

2.4.1肩带的宽度和方向
肩带的宽度和方向会直接影响肩带对罩杯和后拉片施加的拉力。

由胡克定律可知，当肩带长度和面料弹性模量保持不变时，单位宽度的肩带拉伸到固定长度时的面料拉伸力为定值，其理论关系可用下式表示：
F=E（Δl/l0）（2）
式中：F为单位宽度的面料拉伸力，N;l0为面料原长，m;Δl为面料受力后的伸长量，m;E 为面料的弹性模量，N/m。

因此在肩带长度和面料弹性模量保持不变的基础上，增加肩带宽度可以提高肩带对罩杯和后拉片的拉力（图3），进而有可能提高运动文胸的防震功能。

此外，当肩带对罩杯和后拉片施加的拉力与乳房震动产生的力的方向正好相反时，可以更好地限制乳房震动[21]。

肩带方向的变化会改变肩带拉力的方向，从而影响文胸的防震功能。

Bowles等[21]测试了五种肩带条件下，包括无肩带、两种肩带方向（竖直肩带、背部交叉肩带）和两种肩带设计（加肩垫的肩带和无肩垫肩带），实验对象在跑步机上跑步时的乳房竖直位移、乳房疼痛、肩带压力和肩部压力舒适度。

其中肩垫（130 mm×50 mm）由外部缝有尼龙精编布的泡沫橡胶制成，并通过尼龙搭扣将肩垫固定在肩带上。

实验结果显示，肩带方向的改变对减少乳房竖直位移和乳房疼痛均没有显著性影响;但与无肩带状态相比，两种肩带方向均可显著减少乳房竖直位移和乳房疼痛。

该研究仅测试了乳房竖直方向的位移，并没有考虑乳房的前后位移和左右位移。

此外，当肩带从竖直方向改为交叉方向时，所需长度更长。

由于该实验中肩带长度不可调长，导致肩部压力增加。

这种增加并不是在肩带合体的情况下发生的，因此不能准确反映肩带方向变化对肩带压力、肩部压力舒适度和运动文胸防震功能的影响。

2.2衬垫
衬垫是作用在罩杯上的功能性辅料，具有提升乳房、塑造胸部造型和提高罩杯承托性能的作用[12]。

衬垫的结构参数包括大小、形状、厚度等，目前已有的研究主要集中在衬垫厚度上。

由于不同硬度的衬垫影响运动文胸防震功能的作用机制不同，因此对于不同硬度的衬垫，其厚度变化对运动文胸防震功能的影响是有差异的。

当衬垫较硬时，增加衬垫厚度可以提高乳房的整体高度，使乳房接近无负荷时的位置[15]。

这时增加衬垫厚度可能对乳房的运动学变量没有显著性影响，但可以使乳房保持在相对舒适的位置。

McGhee等[15]发现，当跑步速度为6～12 km/h时，在罩杯下方放置1 cm厚的高密度衬垫抬高乳房，可显著提高文胸的穿着舒适性和乳房的运动舒适度，但并没有引起乳房竖直位移和竖直瞬时速度的显著降低。

然而，该研究中运动速度的范围比较大，没有分别对不同运动速度下的实验结果进行讨论，因此无法确定不同速度下有无衬垫是否会对乳房竖直位移产生影响。

当衬垫的材质较软时，运动过程中乳房通过与文胸相互作用，可以将一部分动能转化为衬垫的压缩能，适当增加衬垫厚度可以使衬垫吸收更多的乳房动能，从而减少乳房震动[16]。

单位面积的衬垫压缩能计算公式如下式所示：
WT=∫εm0Fdε （1）
式中：WT为单位面积的衬垫压缩能，Nm/m2;ε为单位面积的衬垫压缩应变，m;εm为单位面积的衬垫最大压缩应变，m;F为作用在单位面积的衬垫上的压力，N。

李瑾[17]研究了在5、7.5 km/h及10 km/h的运动速度下衬垫厚度（包括无衬垫，衬垫中心厚度为0.45、0.75 cm和105 cm）对乳房竖直位移的影响。

相比McGhee[15]使用的高密度衬垫，该实验使用了普通衬垫，衬垫材质可能更软。

结果发现，不同运动速度下，衬垫厚度对乳房竖直位移的影响也不同。

当运动速度为5 km/h时，衬垫厚度对乳房竖直位移无显著影响;当运动速度为7.5 km/h和10 km/h时，乳房竖直位移随衬垫厚度的增加而显著减小。

该结论说明，在进行慢跑和快跑这类强度较大的运动时，适当增加衬垫厚度可提高运动文胸的防震功能。

综上所述，在McGhee等[15]和李瑾[17]的研究中，衬垫厚度对乳房竖直位移的影响并不一致。

除衬垫材质性能外，这两项研究中的实验速度也不同，这也有可能是导致两项研究所得结论不同的原因。

未来需进一步验证在不同的衬垫硬度下，增加衬垫厚度是否可以减少乳房位移。

此外，衬垫的大小和形状也会对衬垫与乳房之间的相互作用力造成影响，因此，未来研究中可继续探究衬垫的大小、形状与运动文胸防震功能的关系。

2.3钢圈
钢圈位于罩杯的下缘，具有提高罩杯承托力的作用，其结构参数主要包括：开口宽度、内径、内侧高、外侧高等，如图2[18]所示。

目前对钢圈具体结构参数的研究较少，研究人员大多只是对文胸中有无钢圈进行研究。

图2钢圈结构参数。