【摘 要】
：
研究目的与意义:通过对比绑定接触和摩擦接触两种耦合方式得到的足-运动鞋有限元模型的压力结果,分析两种耦合方式对足-鞋静态模拟仿真结果的影响差异,明确更接近真实物理情况的足-鞋有限元模型的耦合方法。在建立得到真实可靠的足-鞋耦合静态模型的基础下,选择实验室测试得到的人体跑步运动学数据作为驱动足-鞋耦合模型运动的边界条件,进行跑步的动态模拟,通过对比实测和动态模拟的垂直地面反作用力,验证运动学数据作为
论文部分内容阅读
研究目的与意义:通过对比绑定接触和摩擦接触两种耦合方式得到的足-运动鞋有限元模型的压力结果,分析两种耦合方式对足-鞋静态模拟仿真结果的影响差异,明确更接近真实物理情况的足-鞋有限元模型的耦合方法。在建立得到真实可靠的足-鞋耦合静态模型的基础下,选择实验室测试得到的人体跑步运动学数据作为驱动足-鞋耦合模型运动的边界条件,进行跑步的动态模拟,通过对比实测和动态模拟的垂直地面反作用力,验证运动学数据作为边界条件驱动模型运动的有效性,填补足-运动鞋模型在跑步动态模拟领域的空白,为今后该类足-鞋耦合模型的动态模型提供指导建议。研究方法:使用CT扫描得到受试者右足着测试跑鞋无负重时的二维医学影像数据,选择MIMICS19.0逆向建立足模型和鞋模型,在ANSYS WORKBENCH19.1软件中建立筋膜、韧带,并选择绑定接触和摩擦接触两种耦合方式耦合足模型和鞋模型,得到绑定接触模型和摩擦接触模型两组足-鞋耦合有限元模型。选择ANSYS中静态结构力学模块和瞬态动力学模块分别对两组耦合模型进行双足静态站立和跑步动态的模拟。使用Footscan足底压力测试平板和Pedar足底压力测试鞋垫测试受试者双足静态站立时足底和鞋底的压力,使用Kistler三维测力台和Motion红外高速动作捕捉系统采集受试者跑步时的运动学数据和地面反作用力。将测量得到的静态站立足底和鞋底压力进行压力分区,并作为静态模拟的验证标准,并于模拟结果进行对比,分析绑定接触和摩擦接触对静态模型仿真结果的影响差异。将受试者跑步测试得到的足踝部运动学数据作为足-鞋耦合有限元模型动态模拟的边界条件,将测量得到的垂直地面反作用力作为验证足-鞋有限元动态模拟的验证条件,验证动态模型的有效性,同时对比绑定接触和摩擦接触对动态模拟的影响差异。研究结果:（1）绑定接触模型的鞋底分区压力与实测结果具有相似,鞋底平均峰值压力误差为12.0%,但是足底压力模拟结果与实测结果差距较大,足底压力峰值集中在足尖处（0.503KPa）,但是实测的足底压力峰值集中在足跟处,绑定接触模型足底平均峰值压力误差为320.26%。（2）摩擦接触模型的鞋底分区压力和足底分区压力均与实测结果具有相似性,鞋底平均峰值压力误差为7%,足底平均峰值压力误差为15.5%,足底压力峰值集中出现在足跟处（0.086KPa）,与实测结果相符合,摩擦接触模型的模拟结果比绑定接触模型的模拟结果更加接近实测值。（3）绑定接触模型的地面反作用力第一峰值在1600N左右,在缓冲阶段之后,绑定接触模型地面反作用力曲线与实测的地面反作用力曲线的轨迹相差巨大,绑定接触模型的地面反作用力曲线基本处于实测地面反作用力平均值±2倍数标准差范围之外,绑定模型模拟结果曲线与实测结果曲线的拟合优度均在0.6以下。（4）摩擦接触模型的地面反作用力第一峰值在1600N左右,在缓冲阶段后,摩擦接触模型地面反作用力曲线表现出与实测曲线良好的相似性,摩擦接触模型模拟结果曲线和实测结果曲线的拟合优度均在0.8以上。（5）选择人体跑步运动学驱动足-鞋耦合有限元模型进行动态模拟的仿真结果与实测结果相似,其中摩擦接触模型的仿真结果要比绑定接触模型更接近实测结果。结论与建议:（1）鞋底和足底的分区压力对比结果可以较为全面的分析和验证足-鞋有限元模型的有效性,建议今后在进行足和鞋的有限元模型验证时,选择将接触面压力进行分区对比,分区压力的验证结果更加全面和科学。（2）摩擦接触耦合的足-鞋有限元模型模拟结果比绑定接触耦合的足-鞋有限元模型模拟结果更接近实测值,摩擦接触能真实反映足-鞋之间的力学特征,推荐今后在选择摩擦接触法来耦合足模型和鞋模型。（3）选择跑步的运动学数据作为边界条件进行足-鞋有限元的动态分析具有可行性,并且摩擦接触模型的动态模拟地面反作用力结果与实测地面反作用力结果具有较高的相似性,建议今后可以应用人体跑步的运动学参数进行足-鞋耦合有限元的动态模拟。
其他文献
随着《“健康中国2030”规划纲要》的正式印发,我国全民健身行动计划也将在今后继续得到进一步的贯彻落实,排舞项目在推动全民健身计划中也起到了重要作用。经过近几年的发展,排舞的发展趋于稳定,有关的大小竞赛也相继举办,也相继成功地举办,在这大好形势下,探索、了解并掌握排舞项目竞赛制胜的规律,探索并将这些各因素价值最大化,最大限度地发挥其优势,实现取胜成为各队伍参赛的初衷。因此,探索寻求排舞大集体串烧项
研究目的综合运用表面肌电、运动学和动力学的研究手段研究篮球中两种不同技术的原地后撤步跳投的下肢生物力学特征,分析篮球运动员在原地持球进攻情况下向左或向右摆脱防守时两种不同技术动作的规律性和差异性。研究方法选取八名北京体育大学篮球专项运动员,同步采集原地同侧和原地异侧后撤步跳投下肢表面肌电、运动学和动力学数据。研究指标:下肢肌肉发力时序特征、积分肌电和肌肉贡献率;髋、膝、踝关节三维运动角度、身体垂直
目的意义:深入研究技巧类难美性雪上项目的竞技能力结构,分析跨项选材和传统选材之间的关系。确定技巧类难美性雪上项目青少年运动员跨项选材的指标和各个指标的重要程度和权重值,为后续选材和运动员训练提供理论和应用依据。研究方法:本研究通过专家访谈法确定技巧类难美性雪上项目运动员选材的筛指标,问卷调查法,德尔菲法和层次分析法确定选材指标和指标的权重和重要程度。测试法对运动员进行身体形态、基础体能和专项体能指
研究目的:抗阻训练在改善体成分（减脂增肌）方面效果较好,但抗阻训练的效果存在个体差异。本研究通过探讨LEP和MC4R基因多态性与抗阻训练效果的关联性,筛选可以预测抗阻训练与改善体成分的分子标记,为精准运动健身方案的制定提供参考依据。研究方法:中国汉族普通大学生（n=191）,进行12周的抗阻训练干预（2次/周）,采用杠铃深蹲和杠铃卧推,负荷量为10×5组、强度为70%1RM。干预前后测试体成分相关
研究目的:当前对高强度间歇训练（High Intensity Interval Training,HIIT）和中等强度持续训练（Moderate Intensity Continuous Training,MICT）的相关研究来看,不少研究一致认同HIIT是一种更具有时效性的减肥方法,这与HIIT在运动后过量氧耗阶段脂肪供能更显著这一特点密不可分。本研究通过对21名男性肥胖大学生进行随机交叉实验,
近年来,随着我国西部水电的大力开发,兴建了大量高水头、大泄量水利枢纽,挑流消能工应用最为广泛。新型挑流消能工的开发应用,成功解决了具有高水头、大泄量、窄河谷、泄洪频繁等工程的泄洪消能问题,却加剧了泄洪雾化的降雨强度和降雨范围。泄洪雾化引起的降雨强度远远大于自然降雨特大暴雨的雨强值,这对电站的正常运行、两岸边坡的稳定及周围生态环境造成巨大危害。泄洪雾化是非常复杂的水-气两相流,涉及因素较多,这为雨强
目的:在现实情境中,人们很多时候需要同时处理来自多个感觉通道的复杂任务,跨通道信息间的关系也会影响人们对不同通道信息的加工。足球运动处在复杂多变的视觉环境中,同时运动员也需结合场上的听觉信息做出运动决策。本研究采用多身份追踪（multiple identity tracking,MIT）与听觉工作记忆（working memory,WM）结合的双任务范式,探究跨通道信息匹配性对双任务表现的影响,并
2020年初爆发的新冠疫情,让传统体育产业遭遇了严重的打击,然而电子竞技在我国的发展却依旧走在快车道之上。“电竞北京2020”扶持政策发布、电子竞技成为2022年杭州亚运会的正式比赛项目,电子竞技在我国的热度正在持续走高。电子竞技俱乐部作为电竞产业的基本组成单位之一,对于我国电子竞技产业的发展也起着举足轻重的作用。本文着眼于我国电子竞技俱乐部,主要研究我国电竞俱乐部在发展过程中所采用的商业模式。在
研究目的:本文旨在探究改变急停起跳动作的助跑速度对排球运动员下肢三维运动学和动力学特征的影响,为排球项目中的下肢损伤机制以及损伤预防和康复工作提供科学依据。研究方法:采用8镜头Qualisys 500万像素的三维红外运动捕捉系统和两块Kistler三维测力台同步采集受试者在不同助跑速度下完成急停起跳动作时的运动学和动力学信号,采样频率分别为200Hz和1000Hz。通过Qualisys Track
党的十九大以来,党中央高度重视关心体育工作,谋划、推动体育产业的改革与发展,不仅把全民健身与全民健康融合在一起,还将全民健身上升为国家级战略要求。吉林市政府积极响应国家政策并号召江城市民举办以健身为主题的健身舞大赛,雾凇冰雪节,马拉松比赛,长跑节等丰富多彩的体育运动和赛事活动,无不体现着吉林市人民政府对体育事业的重视。体育舞蹈作为我们国家体育发展产业的其中之一。在全民健身的时代背景和社会环境影响下