基于鸵鸟足垫优异的缓冲性能并受到这一性能的启发,以鸵鸟足垫为生物原型,基于三维激光扫描技术、核磁共振成像技术及逆向工程技术,并结合工程仿生学原理,将鸵鸟足垫应用于运动鞋中底的结构和材料仿生设计,得到了一种新型的具有优良缓震性能的仿生运动鞋中底。利用有限元分析软件,对鞋底进行冲击工况下的数值模拟,并进行实物样本加工,结合简易冲击试验台的实物冲击试验,对仿生中底缓震性能进行评估。通过鞋垫式足底压力系统对“足-鞋”界面参数进行提取,完成中底缓震性能评估,研制出一种具有优良缓震特性的运动鞋中底。本研究可为缓震中底的设计提供全新的设计思路和理论依据。通过外场实验,结合高速摄像系统和足底压力测试系统对鸵鸟足运动学数据进行捕捉,测试发现鸵鸟奔跑过程触地期足部竖直方向最大速度约为1.339m/s,为后续鸵鸟足垫缓冲性能有限元分析提供输入和对照参数。使用核磁共振成像技术对鸵鸟足垫进行切片扫描,通过Mimics对组织结构进行提取,通过Geomagic Studio进行三维模型细化和组装,完成鸵鸟足垫三维模型重构。通过大体解剖观察及宏观测量技术,对鸵鸟足垫内部三条趾缓冲垫分布情况及尺寸进行测量分析;通过生物力学相关实验,对鸵鸟足垫参数进行提取,包括硬度、弹性模量及密度,为有限元分析及仿生设计提供参数基础。采用Abaqus软件进行足垫有限元模型建立及分析。通过静态承压模拟,对承载特性进行分析,研究发现,鸵鸟足垫具有优良的承载性能。通过模态分析,对动刚度及稳定性进行分析,研究发现,鸵鸟足垫具有较强的动刚度,并且振型模态主要以旋转为主。通过动态着地数值模拟,对鸵鸟足垫模型缓冲特性进行分析,测试指标包括负加速度峰值及冲击力峰值等,研究表明,鸵鸟足垫具有优良的缓冲性能,能够有效削弱地面冲击,对足部骨骼肌肉系统起到重要的保护作用。使用手持式三维激光扫描仪进行运动鞋鞋底外轮廓三维点云数据获取。根据鸵鸟足垫的材料和结构以及相互组装关系,以鸵鸟足垫为仿生原型,进行仿生运动鞋中底结构和材料的耦合仿生设计。进行仿生运动鞋中底冲击工况数值模拟,完成实物加工,利用实验室自行研制的冲击试验台对运动鞋仿生中底及普通中底进行冲击分析,验证其优良缓震性能。通过试验与数值模拟相互结合的方法,对运动鞋中底缓震特性进行分析。研究表明,仿生鞋底有效削减冲击过程的负加速度峰值及冲击力峰值,起到优良的吸能缓震作用。通过F-scan鞋垫式足底压力测试系统对运动鞋仿生中底和普通中底的缓震性能进行分析,主要测试区域为运动鞋中底的前掌区及后跟区。研究发现,相比具有普通中底的运动鞋,穿着具有仿生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、压力-时间积分以及压强-时间积分,起到优良的缓震效果。据此得出,仿生运动鞋中底能够有效缓解足部负担,增强足部舒适感,并降低运动损伤几率。本研究将为高质量缓震运动鞋中底的研制提供新思路。