足部作为下肢的末端环节,起到支撑承重、吸收震荡、传递运动和杠杆作用,是人类完成直立行走和运动的基本保证。正因为足部经常受到外力的作用,导致足部发生损伤的概率高于身体其它部位,足部损伤主要分为两种,一种是因为足部不稳定而造成的足踝扭伤,另一种是瞬间应力过大导致的骨折或者肌肉、韧带拉伤,不管是哪种损伤,外力都是先作用在足底,然后传导至其它部位。对于足部瞬间应力损伤来说,目前防止足部损伤的最好的方式就是穿着具有减震功能的运动鞋。本文以足底压力为研究对象,首先对落地运动中足部受力进行分析,建立了足部受力模型,并由模型可知鞋底材料和下落高度是影响足底最终受力大小的主要因素。接着提出减震比这个指标用于表征鞋底的减震性能,并在着鞋状态下进行落地运动实验,分析鞋底材料和下落高度对减震比即鞋底减震性能的影响。然后利用有限元技术建立了足部-鞋底-地面仿真模型,模拟人体主动落地时足底和鞋底的受力情况,之后在着鞋状态进行第二次落地运动实验,采集落地过程中的动态足底压力和鞋底压力,并与模拟的结果进行对比,验证有限元模型的有效性,最后将该有限元模型运用到运动鞋鞋底的功能性设计中。为了分析鞋底材料和下落高度对鞋底减震性能的影响,选取12名男性大学生在着鞋状态下进行主动落地实验,每个人进行9组(3种运动鞋×3中下落高度)落地实验,通过数字鞋垫数据采集与分析系统实时采集足底压力数据,触地过程的鞋底压力则由三维运动测力系统测得。为了建立有限元模型,对一名健康男志愿者左足进行CT扫描,将扫描得到的足部断层图片导入逆向工程软件Mimics中对足部骨骼和肌肉进行三维重建,将得到的完整足部三维模型导入有限元分析软件,赋予材料属性得到包含骨骼和肌肉的足部有限元模型,在此基础上添加鞋底和地面的有限元模型,得到足部-鞋底-地面有限元模型并模拟着鞋状态的落地运动。为了验证模型的有效性,另外选取受试者进行着鞋状态落地实验。最后将有限元模型模拟的数据与真人实验采集的数据进行对比,验证了模型的有效性。主要研究结果及结论:(1)构建了着鞋状态下落地运动足部受力模型。(2)基于随身动态测量方法提出了用于表征鞋底减震性能的指标。(3)构建了“足部-鞋底-地面”仿真模型,该模型不仅有较好的几何相似性和材料相似性,同时还能模拟足底和鞋底在落地过程中的受力情况。(4)本文建立的着鞋状态落地运动仿真模型可以用于运动鞋鞋底的功能性设计,即在生产之前,在模型上对设计的鞋底进行减震性能模拟,然后设计师在此基础上对鞋底进行优化。