基于动态测量鞋底减震性能的定量研究

在主动落地的运动状态下,运用动态测量技术以及建立的新的评价指标,对鞋底的减震性能进行定量研究。12名男性受试者分别穿着减震性能不同的3种运动鞋,从20、40、60 cm高度完成主动落地,同步采集分析落地冲击过程中的地面反作用力、足底压力分布。相比具有RUBBER中底的运动鞋鞋底,具有EVA或PHYLON中底的运动鞋鞋底能有效削减冲击过程的冲击力峰值,延长冲击力第1峰值和第2峰值的时间间隔,同时减小足底受到的最大压力和最大压强,增大足底与鞋底的接触面积。相比具有普通中底的运动鞋,穿着较软中底的运动鞋可有效减小足底峰值压强、均值压强、峰值压力,起到优良的减震效果。消散比能定量地反映出鞋底消散其所受的初始冲击力的大小,且消散比的大小和鞋底材料、结构以及下落高度有关,即消散比反映的是具体运动状态下鞋底的减震效果,而不仅仅是鞋底材料的减震效果。     

高跟鞋分压减震设计原理与应用

运动鞋和高跟鞋虽然穿着场合不同,但是减小足底压力的目标是一致的。本文从高科技运动鞋中蕴含的足部运动力学原理和核心技术"模拟裸足"及"缓震减震"中得到一些启发,归纳总结了高跟鞋分压、减震处理方面的设计原理与应用,指出高跟鞋内垫内部合理的填充区域的必要性。结合人体生物力学,分析了目前市场上用以弥补高跟鞋鞋底柔软性不足的鞋垫的一些不合理设计,同时指出高跟鞋减震对足底压力舒适性的重要性,并分别给出前足和后足的减震方案。     

测试方法对评价运动鞋底减震性能的对比研究

为找出评价运动鞋底减震性能可信指标,采用鞋垫式足底压力测试方法,对10名男性在校大学生以3.6km/h的速度穿着4款运动鞋进行行走测试,采集其足底压强、压力、压力时间积分和压强时间积分等4项参数指标。同时采用材料冲击减震测试法,对4款运动鞋的后跟部位进行冲击测试,采集的指标为冲击力峰值和能量吸收率,并使用方差分析和相关性检验的方法,对各项指标进行统计学分析。结果表明:鞋垫式测试的压强与冲击减震测试的能量吸收率,对评价运动鞋减震性能具有一致性,可以作为评价运动鞋减震性能的可信指标。     

基于足部有限元模型的跑鞋中底结构设计分析

为从足部生物力学角度分析跑鞋中底结构的性能,建立了3种基于有限元模拟的足部接触仿真模型,模拟和预测不同跑鞋中底结构带来的足底软组织和足骨的应力分布情况。对受试者的右脚进行薄层CT扫描,将所得Dicom格式数据导入三维重建软件Mimics 21.0和逆向工程软件Geomagic Design X中进行优化处理,得到完整清晰的足部几何模型。通过网格划分软件Hypermesh对得到的足部几何模型进行网格划分,并导入有限元软件Marc进行静态数值分析。对比分析手性结构实验结果、模拟的仿真结果结果和物理实验结果,证明了有限元模型的有效性。由提取的仿真结果可知,在手性结构中,部分足底压力从足跟转移到足弓,从而释放足跟区域的压力,为足弓提供支撑,使体重分布更均匀。验证的有限元模型可用于预测跑鞋中底结构带来的足部变形和接触压力,进一步为足部疾病的临床研究提供模型支持。     

生物力学在运动鞋设计及性能评价中的应用

查阅了国内外运动鞋生物力学相关研究文献;采用人体测试与材料测试相结合对5双具有弓结构设计的知名品牌运动鞋进行舒适性评价,并应用Novel足底压力测试系统以及减震冲击测试仪器对穿着过程中受试者足底压力及试验用鞋的减震性能进行测试;结果表明:(1)b3运动鞋的舒适性最佳;(2)鞋底重量客观测试与主观感受一致,表明随着重量降低,有助于人体主观舒适性提高;(3)足底压力测试结果表明,穿着b3运动鞋的足底最大压强及平均压强均较小;(4)有些物性指标可能测试结果不佳,但是主观感受却比较好,例如前掌易弯折,表明易弯折舒适性不仅与弯折力值有关,也可能与其他因素有关,其中包括前掌帮面材质、前掌减震性能等因素,需要进行综合考虑。     

成年男子足部有限元模型的建立与分析

有限元作为重要的生物力学研究手段,已经被广泛用于足部生物力学的研究。本研究旨在通过对一名成年男子右足进行有限元模型的建立,并用Footscan 1m板足底压力测试系统采集的数据对其可靠性进行验证,从而完善足部有限元模型的构建方法,为今后足部生物力学的研究提供更为有效的数据支撑。研究表明,以此方法建立的足踝部位的有限元模型分析结果与Footscan足底压力数据相比,尽管二者在足底压力分布上存在差异,但足底压力集中部位基本一致。试验结果证明了采用此方法建立有限元模型的可靠性和后期应用的可行性。     

运动鞋减震性能及足部控制性能测评方法的研究

为评价不同品牌慢跑鞋的功能,使用比利时足底压力分布测试系统Footscan Insole,测试并分析了健康男青年在分别穿3种慢跑鞋以3、6.5、9km/h速度运动时的足底压力分布情况。结果表明:速度不同、运动方式不同时,足底各部受力情况以及极大应力出现时间均不同;随着速度的增加,足部的稳定性变差后又变好,慢跑比快走足部的稳定性好;3种慢跑鞋表现出不同的足部控制与减震性能,且受试者左、右脚对同种慢跑鞋表现出不同的足部控制与减震性能。提出慢跑鞋减震性能与足部控制性能等运动生物力学性能的测评方法,为研发高科技含量的个性化慢跑鞋提供参考。     

脚踝-压力袜的三维接触压力有限元建模

为了模拟压力袜对不同围度脚踝所施加的确切压力分布，提出一种基于有限元软件构建的脚踝-压力袜仿真模型，模拟压力袜在穿着时对不同围度的人体脚踝施加的压力值。通过三维人体扫描获取脚踝初始形态尺寸，建立脚踝-压力袜几何模型。通过材料密度、弹性模量和泊松比建立Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级压力袜及脚踝的材料模型。运用有限元软件进行网格划分，建立医疗袜与腿部接触受力仿真模型。由仿真结果得到脚踝正前、后两点模拟压力值。结果表明：脚踝前部处所受压力值始终大于后部；穿着不同等级压力袜时，压力随压力袜等级的增加而增加；穿着相同等级压力袜时，脚踝所受的压力值随脚踝周长增长而增加，呈线性规律分布；经实测对比，实验验证所建立的有限元模型是合理且有效的。     

鞋底前后落差对慢跑运动员髌股关节的影响研究

髌股关节痛是一种很常见的膝关节运动损伤，鞋底前后落差、着地方式、运动环境等均会对髌股关节应力造成一定影响。对此，本文在简单分析髌股关节损伤的基础上，设计了0、5、10和15 mm 4种鞋底前后落差对髌股关节的影响试验。选取18名男性受试者，分别穿着不同鞋底前后落差的运动鞋以4 m/s的速度慢跑，通过三维测力台、运动捕捉系统采集受试者的生物力学数据，得出测试结果：在受试者足部着地瞬间，鞋底前后落差对足地角大小有显著影响；相比高落差运动鞋，穿着无落差运动鞋慢跑时下肢髌股关节应力峰值较低，同时应力峰值时刻髌股关节压力、伸膝力矩、股四头肌活动等也得以减弱，从而降低髌股关节运动损伤风险。     

为舒适而生安踏全新柔软柱跑鞋

全新柔软柱科技 对于一款跑鞋,鞋底的设计乃重中之重.事实上安踏的设计师对于实现鞋底的完善舒适性进行了长时间的研究,而最新的力作便是全新A-SILO双色双密度中底.在模拟了足部自然运动与足部骨骼结构之后,全新A-SILO适当增加了中底的厚度,平衡了柔软舒适感、灵活程度与稳定性,全面提升鞋底的性能. 人体工程学设计 全新A-SILO底盘模拟赤足轮廓,符合人体工程结构,根据足部的骨骼结构与受力点排布大小不同的柱体颗粒,提高了支撑性与落地的缓冲感,穿着更加舒适、贴脚.     

高跟鞋对驾驶过程的影响

利用pedar-X鞋垫压力系统,分析14名四川地区女性穿着不同跟高鞋的驾驶过程,从足底舒适度、压力和足部变化角度3方面,研究跟高对驾驶安全的影响。结果表明,随着跟高的增加,驾驶者足底舒适性降低,足部变化角度增大,但足底压力无显著性变化。因此,平底鞋或运动鞋更有利于驾驶安全。     

不同缓冲性能的运动鞋对落地动作下肢冲击力的影响

为深层了解疲劳与不同缓冲性能运动鞋之间的交互作用，本文以高缓冲性能运动鞋与无缓冲性能运动鞋为对比，对二者在疲劳前后对于运动员落地动作时的下肢冲击力特征、负载率、动力学特征的影响进行了试验测试。结果发现，就冲击力而言，疲劳干预前与疲劳干预后不论是高缓冲性能运动鞋还是无缓冲性能运动鞋，垂直地面反作用力的第一峰值并不存在显著差异；就负载率而言，运动员身体在疲劳状态下高缓冲性能运动鞋的缓冲减震作用更为显著，可切实缩减冲击力，从而减少甚至避免由于巨大冲击造成运动损伤；就踝关节力矩峰值、下肢刚度、关节刚度而言，疲劳干预前后高缓冲性能运动鞋与无缓冲性能运动鞋之间并没有呈现出显著性变化，但疲劳干预之后高缓冲性能运动鞋落地动作时踝关节力矩第二峰值表现出明显减小态势。     

篮球鞋底结构与减震性能的关系

不同类型的减震篮球鞋对人体足部的减震功效有着怎样的差异性？本文继续采用Footscan insole鞋垫式足底压力测量系统,测量了男性大学生分别在裸足和穿鞋状态下急停时足底各部位的最大负荷率（MLR）和峰值压强（PP）,分析比较了三种减震篮球鞋和普通篮球鞋之间减震功效的差异性。     

不同鞋底厚度的运动鞋对下肢生物力学的影响研究

试验分析穿着不同厚度鞋底的运动鞋并进行不同的运动时,人体下肢生物力学变化情况。选择10名平均年龄为(20.16±0.58)岁,受过专业运动训练,无基础疾病且逻辑思维正常的受试者,分别穿着厚度为0 cm、外加厚度分别达到1、2、3 cm的胶底鞋,进行匀速行走和8 min速度200 m/min的匀速跑步,记录地面反作用力及肌肉表面肌电信号,并对不同厚度鞋底的弹性模量进行检测。结果表明：随着鞋底厚度的增加,鞋底的粘滞性也会随之增大。外加厚度达到1 cm时,运动鞋鞋底的刚度最大,使此厚度的运动鞋鞋底发生变形所需的外力最大,且脆性也最高。在匀速行走状态下的缓冲阶段,运动鞋鞋底厚度逐渐增加时,地面反作用力的变化趋势并不显著。在受试者下肢处于“蹬伸”状态时,随着鞋底厚度的增加,地面反作用力会逐渐减小。在鞋底厚度为0 cm时,多处肌肉的激活程度高于其他厚度;8 min跑步临近结束时,穿着厚度为1 cm的运动鞋时,股二头肌的激活程度低于其他厚度。结论：鞋底厚度从0开始逐渐增加时,人体下肢生物力学首先会受到积极影响,即无论是匀速行走还是匀速奔跑,受试者都会感到轻松不少。但厚度增加产生的积极影响会有一个峰值...     

功能性运动鞋设计研究进展

通过查阅国内外运动鞋与运动表现相关性文献资料,分析了鞋底与地面的摩擦力,鞋底硬度及厚度,鞋底、鞋帮面对脚的支撑力、约束力,对提升穿着者技术动作控制能力和运动成绩的影响。探究了运动鞋在缓冲减震、能量回归和模拟裸足上的设计对运动表现所起到的作用,为改进运动鞋设计以减少运动损害、有针对性地选择运动鞋以提升运动成绩,提供理论依据与参考。     

基于鞋底性能要求的篮球鞋鞋底形态设计

鞋在日常生活中发挥着不可替代的重要作用，而篮球鞋是运动员进行篮球运动时的必备装备，可满足人体运动多元化需求，并确保足部在运动时充分发挥基本功能。鞋底作为篮球鞋不可或缺的组成部分，是助力弹跳、屈挠、保护足部的关键载体，其对于减震性、耐磨性、防滑性、抓地性、稳定性、耐弯折性等功能要求非常明确。据此，基于鞋底性能具体要求分析，根据篮球运动时足底受力情况，详细阐述了篮球鞋鞋底形态设计，以期能够促使鞋底设计最大限度满足篮球运动的功能要求。     

足弓结构和跑鞋类型对慢跑状态下足底压力分布的影响

探究了足弓结构与跑鞋类型对足底压力分布的影响。选取21名女大学生(正常足、扁平足和高弓足各7名)分别穿着3种不同类型的跑鞋(减震鞋、控制鞋、稳定鞋),以3 m/s的速度对慢跑状态下的足底压力分布进行测试,使用双因素重复测量方差分析分别对峰值压强、接触面积、压强时间积分等动力学指标进行分析。足弓结构与跑鞋类型对前掌区域接触面积的交互作用具有显著性,且高弓足人群穿着减震鞋时前掌区域接触面积最大;足弓结构对后跟区域峰值压强的影响具有显著性;跑鞋类型对足底区域的各个指标的影响均具有显著性。跑鞋类型因素对足部动力学指标的影响显著削弱了足弓结构的差异,这可能会对预防运动损伤提供帮助。     

运动鞋减震性能试验方法的研究

减震系统是运动鞋中最重要的部分。脚落地时,会产生相当大的冲击力。而对人体影响更大的则是脚落地后从地面上会传来反冲力。减震性能试验是将试样固定在一个坚硬的底板上,通过下落的物块迅速施加压力,压力和位移传感器连续测量整个加载和卸载压缩循环,通过压力记录计算出位移的变化。物块的冲击速度取决于下落的高度,最大的压力和位移取决于鞋子的减震性能,施加的最大能量取决于下落的高度和鞋子的减震性能。     

人体穿着防弹服的有限元模型构建与仿真

为探究防弹服间隙量对防弹性能的影响机理，提出一种基于有限元软件模拟的人体穿着防弹服的仿真模型，模拟不同间隙量分布下子弹冲击力学状态。采用三维扫描仪对裸体人台和穿着防弹服表面进行扫描，通过逆向工程软件对所获得的点云数据进行处理和曲面化，构建多层防弹服的几何模型。通过有限元软件对得到的防弹服和人体曲面模型进行网格划分，最终建立并验证多层防弹服与人体的有限元模型，对人体穿着防弹服状态下受到子弹冲击的过程进行仿真。通过防弹服和人体模型曲面的偏差分析结果以及仿真结果与物理实验的对比，证明了该有限元模型的有效性。     

可动假足装置在鞋压力舒适性研究中的应用

介绍了一种可动假足装置,用于鞋压力舒适性的研究。通过穿着不同类型的鞋分别进行试验,采集分析了人体试验与假足试验过程中的足底峰值压强、压强时间积分与接触面积,假足试验表现出了与人脚试验的一致性。进一步对比分析了人体试验数据与假足试验数据,假足试验相对于人体试验误差率的绝对值都小于10%,验证了可动假足检测装置的有效性,重复性与规范性,为鞋压力舒适性研究提供了一种技术支撑。