[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

说明书

本发明公开了一种基于机械导纳的鞋底足跟区减振结构优化设计方法，包括：步骤S1，建立优化前的鞋底模型；步骤S2，以鞋底足跟区作为优化设计区域，将不同类型多胞结构填充入鞋底足跟区，得到不同类型多胞结构鞋底；步骤S3，构建所述步骤S2中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S7，对比不同类型多胞结构鞋底的等效机械导纳分布云图并绘制不同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。

技术领域

本发明涉及振动分析领域，具体涉及一种多胞结构鞋底振动能量传递评估方法。

背景技术

来自足部传入到人体的振动会对人体造成严重的损伤，而鞋底作为隔绝地面冲击振动与人体足部的减振结构能够起到减振作用。多胞结构因其具有优良的减振性能被广泛应用于鞋底，而基于鞋底的研究大都采用试验的方法，不仅成本高、试验周期也很长，费时费力。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种基于机械导纳的鞋底足跟区减振结构优化设计方法，借助于数值建模和有限元分析的方法，不仅可以研究振动在多胞结构鞋底中的响应及传递情况，还能为制鞋业与脚用个人防护设备的开发提供指导。

本发明解决这些技术问题所采用的技术方案是：一种基于机械导纳的鞋底足跟区减振结构优化设计方法，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。

在一较佳实施例中：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。

在一较佳实施例中：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。

在一较佳实施例中：所述步骤S4具体包括：