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个体化足-鞋耦合有限元建模及在跖骨应力研究中的应用
被引量：
9
1
作者
宋杨
孙冬
+2 位作者
岑炫震
BíRó István
顾耀东
《应用力学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第5期1204-1212,共9页
探讨构建足-鞋三维复合有限元模型的方法,基于所建模型开展生物力学应用研究,为跑鞋设计优化及足部潜在损伤预防提供科学依据。基于足-鞋三维CT断层影像数据进行逆向重建,结合实验三维空间参数定义模型加载及边界条件,建立个体化足-鞋...
探讨构建足-鞋三维复合有限元模型的方法,基于所建模型开展生物力学应用研究,为跑鞋设计优化及足部潜在损伤预防提供科学依据。基于足-鞋三维CT断层影像数据进行逆向重建,结合实验三维空间参数定义模型加载及边界条件,建立个体化足-鞋非完全接触有限元模型。细划足底和鞋底压力分区,与实验测试结果对比全方位验证模型的可靠性,并采用Bland-Altman分析、Pearson相关性分析以及配对T检验进一步验证方法的一致性及有效性。应用模型模拟分析裸足/着鞋状态,不同鞋底材料刚度对人体静态站立工况下跖骨区应力的影响。结果如下:1)除前足外,其他所有分区模拟与实验结果相对一致。进一步统计分析发现,两种方法有显著相关性(r=0.986;P<0.001),所有压力差值点均处于95%一致性界限区间内,且数据无显著性差异(P=0.202),表明方法的一致性和有效性均相对较好;2)静态站立工况下应力主要分布在第二、三跖骨体,其中第三跖骨所受应力最大。与着鞋站立相比,裸足时跖骨区应力峰值明显上升;3)随着鞋底材料刚度的增加,跖骨间应力峰值差异也逐渐增大,应力趋向集中于第二、三跖骨。基于上述研究结果,本研究得出以下结论:1)前足模拟压力不足或与其纵向应变过大相关,后续研究应考虑优化约束条件;2)裸足及鞋底刚度增加会导致跖骨应力异常变化,建议在进行裸足跑鞋或碳板跑鞋研发设计时,可考虑在前足跖骨区域添加缓冲结构,协助优化跖骨应力分布,降低潜在损伤风险。
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关键词
有限元法
足-鞋耦合模型
生物力学
跑
鞋
跖骨应力
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职称材料
题名
个体化足-鞋耦合有限元建模及在跖骨应力研究中的应用
被引量：
9
1
作者
宋杨
孙冬
岑炫震
BíRó István
顾耀东
机构
宁波大学体育学院
欧布达大学机械工程学院
塞格德大学工程学院
出处
《应用力学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第5期1204-1212,共9页
基金
浙江省重点研发计划资助项目(No.2021C03130)
浙江省杰出青年科学基金资助项目(No.LR22A020002)
+2 种基金
浙江省哲学社会科学规划项目资助项目(No.22NDQN223YB)
宁波市公益类科技计划资助项目(No.2021S134)
宁波大学省属高校基本科研业务费项目资助项目(No.SJWY2022014)。
文摘
探讨构建足-鞋三维复合有限元模型的方法,基于所建模型开展生物力学应用研究,为跑鞋设计优化及足部潜在损伤预防提供科学依据。基于足-鞋三维CT断层影像数据进行逆向重建,结合实验三维空间参数定义模型加载及边界条件,建立个体化足-鞋非完全接触有限元模型。细划足底和鞋底压力分区,与实验测试结果对比全方位验证模型的可靠性,并采用Bland-Altman分析、Pearson相关性分析以及配对T检验进一步验证方法的一致性及有效性。应用模型模拟分析裸足/着鞋状态,不同鞋底材料刚度对人体静态站立工况下跖骨区应力的影响。结果如下:1)除前足外,其他所有分区模拟与实验结果相对一致。进一步统计分析发现,两种方法有显著相关性(r=0.986;P<0.001),所有压力差值点均处于95%一致性界限区间内,且数据无显著性差异(P=0.202),表明方法的一致性和有效性均相对较好;2)静态站立工况下应力主要分布在第二、三跖骨体,其中第三跖骨所受应力最大。与着鞋站立相比,裸足时跖骨区应力峰值明显上升;3)随着鞋底材料刚度的增加,跖骨间应力峰值差异也逐渐增大,应力趋向集中于第二、三跖骨。基于上述研究结果,本研究得出以下结论:1)前足模拟压力不足或与其纵向应变过大相关,后续研究应考虑优化约束条件;2)裸足及鞋底刚度增加会导致跖骨应力异常变化,建议在进行裸足跑鞋或碳板跑鞋研发设计时,可考虑在前足跖骨区域添加缓冲结构,协助优化跖骨应力分布,降低潜在损伤风险。
关键词
有限元法
足-鞋耦合模型
生物力学
跑
鞋
跖骨应力
Keywords
finite element method
foot
-
shoe coupled model
biomechanics
running shoe
metatarsal stress
分类号
G804.6 [文化科学—运动人体科学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
个体化足-鞋耦合有限元建模及在跖骨应力研究中的应用
宋杨
孙冬
岑炫震
BíRó István
顾耀东
《应用力学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2023
9
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职称材料
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