[发明专利]一种基于机械导纳的鞋底足跟区减振结构优化设计方法

权利要求书

1.一种基于机械导纳的鞋底足跟区减振结构优化设计方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤S1，在UG中建立优化前简化的鞋底三维实体模型；

步骤S2，以鞋底足跟区作为优化设计区域，将不同晶格类型的多胞结构填充入鞋底足跟区，得到不同晶格类型的多胞结构鞋底；

步骤S3，在有限元分析软件Abaqus中构建所述多胞结构鞋底的有限元模型；

步骤S4，对多胞结构鞋底进行稳态动力学分析，获得其对振动的响应情况；

步骤S5，利用Python编程语言绘制多胞结构鞋底下表面等效机械导纳分布云图及多胞结构下表面等效机械导纳的平均值；

步骤S6，重复所述步骤S3-S5，得到不同晶格类型的多胞结构鞋底的等效机械导纳分布云图及鞋底下表面等效机械导纳的平均值；

步骤S7，对比不同晶格类型多胞结构鞋底的等效机械导纳分布云图并绘制不同晶格类型多胞结构鞋底下表面等效机械导纳平均值对比的柱状图，得到最优的鞋底足跟区减振结构鞋底模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于机械导纳的鞋底足跟区减振结构优化设计方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：

步骤S21：构建不同晶格类型的多胞结构，包括Cross型、Diamond型、Grid型、Star型、X型；

步骤S22，以鞋底足跟区作为优化设计区域，将不同晶格类型的多胞结构填充入鞋底足跟区域，得到不同晶格类型的多胞结构鞋底。

3.根据权利要求1所述的一种基于机械导纳的鞋底足跟区减振结构优化设计方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：

步骤S31：将所述多胞结构鞋底模型导入Abaqus有限元软件中；

步骤S32：将多胞结构鞋底按照解剖学原理划分区域：将多胞结构鞋底分为足跟区、足弓区、跖骨区、趾骨区四个大的区域，其中足跟区包括足跟内侧区HM、足跟外侧区HL，足弓区包括足弓内侧区MF1、足弓外侧区MF2，跖骨区包括第一跖骨区M1、第二、三跖骨区M23、第四、五跖骨区M45，趾骨区包括第一趾骨区T1、第二-五趾骨区T25共9个区域；

步骤S33：对所述步骤S32中的多胞结构鞋底赋予材料属性、施加边界条件、划分网格单元，得到多胞结构鞋底的有限元模型。

4.根据权利要求1所述的一种基于机械导纳的鞋底足跟区减振结构优化设计方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括：

步骤S41：对所述多胞结构鞋底的有限元模型在0-360Hz频率范围内进行有限元模态分析，获得其固有振动特性；

步骤S42，基于有限元模态分析的结果，对多胞结构有限元模型施加单位简谐激励力，并进行基于模态的稳态动力学分析，获得其对振动的响应结果；

步骤S43，在Abaqus中设置历史输出变量为多胞结构鞋底下表面各节点的z方向速度V3，输出各节点速度到结果文件.odb文件中。

5.根据权利要求1所述的一种基于机械导纳的鞋底足跟区减振结构优化设计方法，其特征在于：所述步骤S5具体包括：

步骤S51：利用Python编程语言从Abaqus结果文件.odb文件中读取各节点在1-360Hz频率范围内的速度数据；

步骤S52：根据多胞结构鞋底下表面各节点的速度数据，及对多胞结构鞋底施加的单位简谐激励力数据，由等效机械导纳计算公式计算并获得多胞结构鞋底下表面各节点在1-360Hz范围内的等效机械导纳数据；

步骤S53：求取多胞结构下表面各节点在1-360Hz频率范围内等效机械导纳的平均值，并将其存入表格文件.csv文件中；

步骤S54：利用Python编程语言读取表格文件.csv文件中的多胞结构鞋底下表面等效机械导纳平均值的数据，并绘制鞋底下表面等效机械导纳分布云图；

步骤S55：求取多胞结构鞋底下表面等效机械导纳的平均值，作为衡量多胞结构鞋底减振性能的评价指标。

6.根据权利要求1所述的一种基于机械导纳的鞋底足跟区减振结构优化设计方法，其特征在于：所述步骤S7具体包括：

步骤S71：根据所述不同晶格类型的多胞结构鞋底下表面等效机械导纳的平均值，在Python中绘制不同晶格类型多胞结构鞋底等效机械导纳平均值对比的柱状图；

步骤S72：根据不同晶格类型的多胞结构鞋底的等效机械导纳分布云图，并结合其等效机械导纳平均值对比的柱状图，优选出一种减振性能最优的鞋底足跟区减振结构鞋底模型。