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1、足部生物力学有限元模拟研究的近况与展望石俊1，姜寿山2，张欣31.西北工业大学机电学院，陕西西安710072；2.西安工程大学计算机科学学院，陕西西安710048；3.西安工程大学服装与艺术设计学院，陕西西安710048摘要：根据最近几年有限元方法在鞋袜/鞋垫、足踝矫正器、足底筋膜、运动分析等方面研究中的应用情况，综述了足部生物力学有限元模拟的研究近况。提出了未来研究的重点。指出目前的研究存在四个方面的不足或需改进之处。首先，应对足部结构的模型和有限元方法进行改进；其次，在有限元模型中缺乏对足部关节和其它结构运动的定义；第三，没有建立足-鞋-地面接触系统的仿真模型。第四，相关研究
2、缺乏多学科充分的协同工作。关键词：足部；生物力学；有限元；模拟中图分类号：TP391.9TP391.77文献标识码：AAdvancesandTrendsinFoot-biomechanicsFiniteElementSimulationSHIJun1,JIANGShou-shan2,ZHANGXin31.SchoolofMechatronicEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710072,China;2.ComputerScienceCollege,Xi’anPolytechnicUniversity,Xi’
3、an710048,China;3.FashionandArtDesignCollege,Xi’anPolytechnicUniversity,Xi’an710048,ChinaAbstract:Researchesonfoot-biomechanicsfiniteelement(FE)simulationaresummarizedinrecentyears,includingapplication-researchesonfootwear-sock/insole,ankle-footorthosis,plantarfasciaandmovementanalysis.Researc
4、h-emphasesareproposedinfuture.Research-deficienciesarepointedoutatpresent,includingfourproblems.Thefirst,modelmustbeproperlydefinedandapplicablefiniteelementmethod(FEM)mustbedevelopedforfoot-structuresinfuture.Thesecond,articularsandotherstructuresmovementsoffootwerenotappliedinFEmodeling.The
5、third,dynamicallymechanicalinteractionsimulation-modeloffoot-footwear-groundcontactsystemwerenotdeveloped.Theforth,collaborativeworksofmulti-subjectsresearcherswerenotexecuted.Keywords:foot;biomechanics;FE;simulation1前言足部是人体最重要的承载和减震结构，它是人体关节最多、受力最大的部位，其最主要的功能是支撑体重和在步态时吸收冲击与减震。人体足部是由26块骨、33个关
6、节和126根韧带、肌肉和神经如同网状一样分层构成的一个复杂结构。足部是人体关节最多、受力最大和最复杂的部位。全面了解人体在实际运动条件下足部的受力规律，获取各种静力学、运动学和动力学参数，是与足部相关的各类研究的前提。足部生物力学研究的兴起主要由三方面的因素决定[1，2]。第一，在临床上，各种足部疾病的病例数目巨大，而足部的运动创伤也是长期困扰运动员和众多健身运动参加者的一个严重问题。其次，各类鞋的消费市场巨大，鞋与人体健康也密切相关，合理、健康穿鞋能有效的预防和辅助治疗足部疾病与运动创伤，大大提高训练效果和运动成绩，而穿鞋不当则会导致很多足部疾病和运动创伤的发生。第三，体育训练
7、和健身锻炼的科学化，为追求竞技体育的好成绩，人们寻求各种科学的训练方法、器材、服装等来提高成绩，避免运动员受伤。随着人们健康意识和对体育运动成绩追求的增强，以及全民健身运动的扩展和普及，足部生物力学的重要性就更显突出，其研究成果与人体健康紧密相关。基于足部生物力学的足部疾病、运动创伤、体育训练和鞋生物力学设计研究，都已成为发达国家和地区一项基础的、重要的热点研究课题。人体在站立和运动过程中，足部结构变形、以及所受到的冲击力和内应力会大大影响足部乃至全身的运动和受力状态，研究人员通
