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研究目的:建立完整的足-鞋三维有限元模型,完成对其有效性的验证,并在模型有效合理的基础上实现跑鞋中底硬度对足底筋膜力学响应特点的模拟分析,确定中底硬度对足底筋膜力学响应特点的影响。研究方法:主要采用实验法、有限元法以及对比分析法进行研究,采用运动生物力学实验获取足部运动学及动力学参数,用于后续足-鞋有限元模型有效性验证和蹬伸动作模拟过程中边界条件的输入;利用有限元法进行足-鞋模型的构建及蹬伸动作的模拟;通过对比分析法确定足-鞋有限元模型的有效性和跑鞋中底硬度对足底筋膜力学响应特点的影响。研究结果:(1)建立了包括足部外围组织、骨骼、主要韧带、软骨、5根足底筋膜、跑鞋模型以及地面支撑板的足-鞋-地面三维有限元模型,共包含344636个节点和442512单元。(2)足-鞋有限元模型的验证实验中,实测鞋底压力峰值为221KPa,主要分布于足跟内侧部所对应的鞋底部分;模拟鞋底压力峰值为231KPa,比测量结果大10Kpa,误差百分比为4.33%,压力分布区域同实测结果基本一致;模拟与实测鞋底压力的总接触面积相近,实测结果约为72cm2,模拟结果约为70cm2,比实测结果小2cm2,误差百分比为2.8%。实测足底压力峰值为80KPa,主要位于足跟处、第一跖趾关节处;模拟结果为64KPa,同样分布于足跟和第一跖趾关节处,比实测结果小16KPa,误差百分比为20%。从足底压力的分布结果来看,实际测量足底总的接触面积约111cm2,模拟结果约为131cm2,比实测大20cm2,误差百分比约为18%。(3)跑步蹬伸瞬间的模拟结果,随着跑鞋中底硬度的增加足底筋膜应力随之减小,以中底硬度为10度时五根足底筋膜应力之和最大约为6.881Mpa,50度时最小约为6.769Mpa,相差0.112Mpa。总体上,中底硬度从10度到50度,五根足底筋膜应力之和降低约1.62%。结论:(1)本研究所建立的足-鞋有限元模型与实际足-鞋几何构型具有高度相似性,并且可以实现对“足底-鞋全接触型跑鞋”与足之间内部生物力学特征较为真实的反应;(2)跑步蹬伸动作瞬间,随着中底硬度的增加,趾跖关节角度、足弓下降高度、足底筋膜应力随之减小,足底压力随硬度的增加而增加。(3)跑步蹬伸动作瞬间,中底硬度对足底筋膜影响的力学机制与趾跖关节角度、足弓下降高度、足部受力有关。