滑板运动鞋-板-足有限元模型的建立及有效性验证

摘要

探索生物力学实验数据加载到滑板模型的有效途径，计算足部结构的力学响应。使用CT与3D扫描仪获取足、滑板鞋和滑板数据并建立有限元模型，使用压力平板与压力鞋垫在自然站立状态时验证模型的有效性。所建立模型包括足骨(包括跗骨、跖骨、趾骨以及胫骨腓骨远端)、软组织、滑板鞋面、滑板鞋底、板面、连接桥、轮子以及地面，共408 043个节点，260 400个网格单元，网格质量为0.79。足底压力峰值实测为80 kPa,仿真所得为82.2 kPa,误差为2.75%。实测板底后轮处最大压力为2.314 MPa,前轮处最大压力为1.427 MPa,仿真所得后轮处应力峰值为2.392 MPa,前轮处的应力峰值为1.479 MPa,误差分别为3.37%与3.64%。本研究构建的滑板鞋-板-足耦合模型具有较好的几何和力学相似性，经验证有效可靠。

关键词

滑板运动 / 滑板鞋 / 有限元 / 多体耦合 / 生物力学

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.72071018)