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摘要
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，本文得出以下结论：（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。
- 出版日期2022-12-7
- 单位宁波大学
