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。     

运动内衣承托及其动态舒适性能的有限元分析

为对运动内衣的功能性和舒适性进行可量化预测及评估，缩短内衣行业的产品设计开发流程，对人体和运动内衣的动态接触关系建立有限元模型，并研究乳房在运动过程中与运动内衣的复杂相互作用机制。首先通过三维人体扫描获得人体点云数据，运用逆向工程软件进行处理，得到胸部、身体躯干和运动内衣的几何模型。利用过盈配合方法模拟人体穿着运动内衣的预紧力状态，并在重力场中加入三维运动系统捕捉的躯干动态位移作为边界条件来驱动有限元模型，从而模拟人体穿着运动内衣时的乳房运动形态。模拟结果与真实测量值的相对误差为5.15%,验证了此模型的准确性。在此模型的基础上进一步对运动内衣面料的力学属性进行参数化设计，研究了5倍初始弹性模量的运动内衣对乳房的控制性能和动态压力舒适性。结果表明，使用高弹性模量材料的运动内衣虽然能轻微增加对胸部位移的控制效果，但相应增加的人体服装压已经高于人体舒适的服装压力范围。本文提出的研究方法和结果可从功能性和舒适性角度综合指导运动内衣的面料选择，优化运动内衣的设计并缩短开发时间。