鞋受力的有限元分析【文献综述】

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1、毕业论文文献综述工程力学鞋受力的有限元分析1　前言鞋子作为人们日常生活不可缺少的装备之一，其重要性不言而谕。当人在行走或者运动的过程中，鞋子作为足部和地面（外界）接触的缓冲层，起到保护足部甚至提升运动能力的作用。特别的，对于一些病人，如患有糖尿病和周围神经病变，或者做过跖骨截骨手术以及其他足部手术的人，鞋子的设计尤其重要，这可以帮助他们预防足部并发症的产生。不管怎样，减小峰值足底压力，是鞋设计的一个主要原则。而鞋大底、中底和鞋垫的材料、形状、厚度是影响峰值足底压力降低的几个因素。过去，在有限元分析法完善之前，人们只能根据临床实践和实验的统计数据

2、来进行鞋的设计；而如今有限元分析方法日渐成熟，它能提供一种有效的计算框架来研究各种设计的表现，免去了进行实验的种种限制和不方便。2　有限元分析简介2.1　用ProE软件建模随着科学技术的不断发展和进步，生产与加工自动化的观念逐渐深入人心。生产与加工过程离不开产品的设计与开发，在生产自动化大幅度提升生产效率的同时，设计自动化也迎头赶上，设计者扔掉手中的图板从手工绘图阶段解放出来，逐渐步入了以计算机辅助设计为特色的信息时代，也就是人们常说的CAD时代，很难想象没有功能强大的三维设计软件如何能够满足工程设计中复杂的设计要求。鞋子的设计，涉及到很多曲面

3、的建模，而ProE软件拥有强大的曲面建模功能，因此许多鞋子的设计公司用到了ProE进行鞋子模型的建立。2.2　有限元法以及Ansys的简单介绍有限元法（FEM，FiniteElementMethod）是一种结构分析的方法，其基本思想是将连续的求解区域离散为一组由有限个单元组成并按一定方式相互连接在一起的单元组合体来加以分析。Ansys软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元软件，可广泛地用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、日用家电等一般工业及科学研究。Ansy

4、s不仅支持用户直接创建模型，也支持与其他CAD软件进行图形传递。3　国内外研究现状学者Jin-RaeCho，Seung-BumPark[1]通过在人体运动学和生物力学考虑在内,研究如何提高运动能力鞋的发展。因为体育游戏的快速发展已经改变了鞋子的角色，从简单的保护人的足部，到提高运动能力。学者RicardoL.Actis,LilianaB.Ventura[2]建立起病人特异的足部第二辐列的有限元模型，用来研究跖骨头上足部压力的峰值（PPP）在TCI设计上的影响。并基于有限元分析的结果，通过在高压力区域附近插入直径为4mm的，柔软材质的圆柱形鞋栓，

5、一个典型的全接触插入就能够改善。通过比较用有限元方法获得的数值结果，和在一只鞋子和TCI条件下跖骨头区域实际测量的压力分布，数值模型的确认就处理完成了。学者WanjinChung,Sung-HwanKim,Ki-HoonShin[3]研究了将鞋面三维曲面平面展开的新方法。首先将三维曲面刻成三角形单元的小面，然后粗略地铺放在二维平面上。接着，用优化技术重新定位单元节点，以使几何误差最小化。即使在单元用几何误差最小化的方法改进以后，由此产生的二维形状仍有一些应变能，需要用松弛过程使之减小。因此，这些单元作为初始猜测用来进一步优化，在这个过程中用有限

6、元逆解法使总应变能最小化。这个方法已经被实施作为鞋的设计系统的模块，通过这个模块一个标准的鞋能够给设计出来，并使制造加工更加地精确和迅速。学者H.Rouhani,X.Crevoisier,J.Favre,K.Aminian[4]通过将47个实验对象分成四组：3个病人组和1个控制组，测出6个参数：初期接触时间，晚期接触时间，最大力的时间，峰值压力时间，最大力和峰值压力。研究发现当病人推迟脚跟离地的情况下，在前脚掌产生了最大力，在脚踝产生了最大扭矩。同样基于最大力和峰值压力，在足部的10个区域内，经过脚踝复位后，一些参数提升了，另一些参数却仍不正常

7、。学者MatthewA.Nurse,BennoM.Nigg[5]通过招募15个实验对象，实验获得压力和振动阀值，来量化触觉和振动的灵敏度阀值得关系。试验结果支持身体可以察觉外部刺激，并对其作出反应。学者ReinhardSchuh,Hans-JoergTrnka,AntonSabo[6]通过研究穿上通常手术后用来恢复的5种不同类型的鞋子后的应力降低有效度，来确定足底的压力分布，以及鞋子的磨损特性，从来可以得到减少前脚掌区域应力的方法。考虑到足底压力分布和主观的磨损特性，Rathgeber改良模型最好，所以它被用来作近一步的改良。在脚趾区域，增加高

8、弹性及有弹性材料前脚掌压力减小了，磨损特性也改良了。学者AhmetErdemir,JeffreyJ.Saucerman[7]基于2维的计算机模拟，通过