不同跟差跑鞋对足踝生物力学影响的有限元分析

目的探究不同跟差跑鞋在跑步支撑期不同触地阶段足踝内部骨的适应性变化,旨在为跑鞋科学化设计提供参考依据。方法招募一名男性高水平男性跑者,习惯后跟着地且具有5年跑步经验。使用CT扫描得到跑者穿着测试鞋右足的三维医学影像数据,将获得的文件导入到Mimics 19.0软件进行建立三维足鞋模型,使用Geomagic Stydio 12.0及Hypermesh12.0等工程软件构建足部内部的软骨及韧带等组织,并分别对骨骼、软骨和韧带等做网格及实体划分,再导入Abaqus 6.14软件有限元仿真软件赋予材料性能,根据实验数据及个性化肌骨建模计算的运动学、动力学、肌肉力、关节力等参数作为有限元仿真分析的施加载荷与边界条件。最后采用Abaqus Explicit静态求解器分析跑步支撑期中的初始接触阶段、中期接触阶段和蹬离阶段、离地阶段的足部应力变化。结果(1)不同跟差跑鞋显著性影响跑步支撑内的跖骨及中足应力峰值变化,相比普通跑鞋,极简跑鞋在跑步支撑期内的整个阶段应力峰值明显增大。(2)相比普通跑鞋,极简跑鞋在跑步蹬离阶段的应力峰值明显增大12%,在支撑期中期触地阶段,极简跑鞋中足骨的峰值应力明显增大74%。结论极简跑鞋的设计优化应考虑中足支撑性及缓冲性能,以减少跑步蹬离阶段及中期触地阶段的跖骨及中足骨的应力峰值。