（设计艺术学专业论文）鞋底压力在运动鞋设计中的分析研究.pdf

湖北工业大学硕士学位论文 摘要 随着人们生活水平的不断提高，人们对运动鞋的品质要求也越米越高，也越 来越注重运动鞋的设计对人体足部健康的影响。在许多以跑、跳为主的运动项日 中，运动员的核心装备足运动鞋，而运动鞋的技术的核心就是鞋底。在剧烈的运 动中，当人体脚部接触地面时，会受到地面给人体的冲击力。这样的冲击产生的 效果会对人体各个部位产生不同的伤害。比如脚部会受到强烈的挤压，或是脚踝 的扭伤。因此，在设计不同的运动类型的鞋底时，就必须考虑运动鞋鞋底应具备 的功能。在这种前提下，提出了本课题研究的主要内容和方法以及研究的意义。 本文针对这个问题，依据人体工程学的理论，分析研究了人体足部健康与在 运动中足底所受压力的关系，通过具体实验测量数据，来说明在运动鞋设计时结 合足底压力分析结果的罩要性。然后阐述了运动鞋所应具有的几个主要性能，以 及它们对鞋底受力的影响。并从运动鞋分类的角度，提出了运动鞋设计时不一j 的 运动鞋需要考虑它们不同的防护功能。 最后从运动鞋鞋底气挚装置的功能和影响其减震功效的因素，以及鞋底花纹 的止滑性功能的分析研究两个方面进行了讨论，并提h 了在鞋底设计中所涉及到 减震功能和止滑功能的新的设计理念。 关键词：足底压力运动鞋底防护功能 湖北5 - 业大学硕士学位论文 a b s t r a c t a sp e o p l el i v i n gs t a n d a r dr i s ec e a s e l e s s l y ，t h eq u a l i t yr e q u i r e m e n to fs n e a k e r s m o r ea n dm o r ei sa l s oh i g h a l s om o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt ot h ed e s i g no fs h o e s b e c a u s ei tc a na f f e c tt h eh e a l t ho fh u m a nf o o t i nm a n ys p o r t s ，s u c ha sr u n n i n g ，j u m p i n g a n ds oo n ，t h ec o r ee q u i p m e n to ft h ea t h l e t e sa r es n e a k e r s b u tt h ec o r et e c h n o l o g yo f t h es n e a k e ri st h es h o e ss o l e i ni n t e n s es p o r t ，w h e nf o o t st o u c h et h eg r o u n d ，t h e yw i l l b ea f f e c t e db yd e f i n eo ft h eg r o u n d s ot h ee f f e c to fa t t a c km u s tc a u s ei n j u r yo nt h e d i f f e r e n tp a r t so ft h eb o d y f o re x a m p l c t h et o o t sw i l lb e a ri n t e n s ee x t r u s i o na n da n k l e sw i l l b es t r a i n e d s ow h e nt h es o l ei sd e s i g n e d ，a c c o r d i n gt ot h ed i f i e r e n tt y p e so fe x e r c i s e ，w e m u s tc o n s i d e rt h ef u n c t i o no ft h es o l e i nt h i sp r e m i s e ，r e s e a r c h i n gt h ep r e s s u r ed i s t r i b u t i o n o ft h es o l ei nt h es p o r t s ，a n dd e s i g n i n gt h es o l eo nt h eb a s i s ，w i l lm a k et h ed e s i g no fs o l ep a y a t t e n t i o nt os c i e n t i f i ca n dh u m a n i z a t i o n a i m i n ga tt h ep r o b l e m ，b a s e do nt h et h e o r yo fh u m a nb o d ye n g i n e e r i n g ，t h e p a p e rs t u d y st h er e l a t i o n s h i po fh u m a nf o o th e a l t ha n df o o tp r e s s u r ei nm o t i o n a n d a c c o r d i n g t ot h e s p e c i f i ce x p e r i m e n t a l m e a s u r e m e n td a t a ，i ti l l u s t r a t e st h e t h e i m p o r t a n c eo ff o o tp r e s s u r ea n a l y s i sr e s u l t sw h e n w ed e s i g nt h es h o e ss o l e f i r s t l yt h ep a p e ra n a l y z e st h er e l a t i o n s h i po ft h eh e a l t ho fh u m a n f o o ta n dt h ef o o t p r e s s u r ea n dt h er e s e a r c hs t a t u sc u r r e n t l yi n t h ef o o tp r e s s u r ea n a ly s i s ，a th o m ea n d a b r o a d ，a n di t p o i n t so u tt h ei n j u r yp r o b l e m so fp e o p l ei ns p o r t s t h e nt h i sp a p e r p r o p o s e st h em a i nc o n t e n t so ft h er e s e a r c h ，m e t h o d so ft h es t u d ya n dt h es i g n i f i c a n c e o ft h er e s e a r c h a n dt h e ni te x p o u n d ss e v e r a lm a i np r o p e r t i e sa n dt h e i re f f e c t so nt h es o l e sw h i c h t h es h o e ss h o u l dh a v e a n df r o mt h ea n g l eo fs h o e sc l a s s i f i c a t i o n ，t h ep a p e rp r o p o s e s w h e nw ed e s i g nt h ed i f f e r e n ts p o r t ss h o e s ，w en e e dt oc o n s i d e rt h e i rd i f f e r e n tp r o t e c t i o n f u n c t i o n f i n a l l y ，f r o mt h es o l eo fs h o e sm a t t r e s su n i ta n dt h ef u n c t i o no fs h o c ke f f i c a c yo f s h o eb o t t e nc u r v ei tf a c t o r s ，a n dt h er e s e a r c ha n da n a l y s i so ft w oa s p e c mo ff u n c t i o na r e d i s c u s s e d ，t h ep a p e rp r o p o s e st h en e wd e s i g nc o n c e p to ft h es o l ed e s i g ni nw h i c h i n v o l v e sd a m p i n gf u n c t i o na n ds t o ps l i p p e r yf u n c t i o n k e y w o r d s ：f o o tp r e s s u r e ，s p o r t ss h o e s ，p r o t e c t i v ef u n c t i o n i i 溯班二案大学 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工 作所取得的研究成果。除文中已经标明引朋的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果山本人承担。 学位论文作者签名：勺芎心垂 ， 日期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名：右也 日期：年月日 指导撕咖挺 日期： 年月 日 湖北工业大学硕士学位论丈 1 1 足底压力问题描述 第1 章引言 脚，常被人们称为是“人的另一个心脏”。不仅是因为它是人体的重要组成器 官，还凶为它和人体的健康有着密切的关系。依据生物全息理论，脚部有着和人 体的各个器官相关联的相应反射区。所以，足部隐藏着人体的健康，也可以说它 是人体健康的晴雨表。虽然现在丰富的物质生活，使人们减少了对脚的关注，但 在一个人的一生当中还是依靠它来进行行走。 1 2 国内外研究现状和发展动态 1 2 1 国外研究现状 根据足底压力测定的发展过程及使用技术l i 丁将其分为足印法、足底压力扫描 仪、直接形象化技术、压力平板及压力鞋挚等。各种技术各有优缺点，因此，将2 种或2 种以e 方法有机组合起来，能获得满意的结果。目前，足底压力的测量有 动态和静念2 种，赤足和穿鞋2 种情形。评什的参数有：应力和压力、峰值应( 压) 力和平均应( 压) 力、接触面积、应( 压) 力时间积分、单( 双) 足站立时 | 日j 、足底压力中心轨迹、重心分析等。 对人体正常足底压力的分析研究，国外发达国家起步比较早，并积累丰富的 参考数据。国外当前的研究方向已经把工作的重点转移到了用先进的压力分析仪 器对人体的足底进行深入的压力分析和研究。由s t e b b i i i sj a ，h a r r in g t o nm e 心1 等人测量1 2 名正常儿章的足印图的结果明确指明了应力较压力可能的更合适的测 量值。m o r a ge ，c a v a n a g hp r 口1 等收集5 5 个健康人行走时的足底峰只值压力和其 他8 个结构和功能数据，通过这些数据建立了能预测人体足底压力峰值的模型。 b r y a n ta ，t i n le yp ，s in g e rk 1 等人通过分析3 0 个正常人体在负重时的x 线片和足底的1 0 个区域平均峰值压力的关系，从而为其他学科进行交叉研究足底 压力的分祈i 起到了很有川的启示作用。 湖北工业大学硕士学位论文 1 2 2 国内研究现状 自从2 0 世纪8 0 年代起，幽内爿丌始将足底压力的分析研究放在了一个重要 的位置上。近3 0 年来，随着测量技术的发展和先进的系统，我国也在这个领域内 取得了不少的成果。 近些年来，我幽在研究正常人的足底压力分析的研究领域中，依然处于一种 模仿阶段，重要是通过对闷外研究的数据进行比较分析的阶段。因为囝内的实验 数据没有像国# i - n 样充足的样本资料，同时实验研究的精密程度不能满足要求。 1 3 研究内容 目f j i ，足底压力的测罨有动态和静态两种：赤足和穿鞋两种情形；j 下常人和 患者的对比研究；统计技术的在测量数据分析中运用。评估的参数有：压力分布、 连续足底压力轨迹、接触面积、力一时| 、日j 积分、单脚与双脚站立时间、压力一时间 积分、足最大压力和平均压力、力和力矩、底压力中心变化等。 为了能满足人们在穿鞋时脚部的舒适度和安全性的要求，就必须根据人体足 部所受压力的大小分布，来对鞋底进行相j 衄的结构设计。我凼虽然有一些这方面 的研究成果。但大部分还是应用在医学领域中。在国外，相关的研究范围比较广 泛，尤其是在与脚部相关的一些体育用品的开发研究方面。 2 湖北工业大学硕士学位论文 第2 章运动鞋的发展 自从第一双用硫化橡胶作平鞋底的网球运动鞋诞生，到2 0 世纪8 0 年代的耐 克和诩：多大牌明星们的合作，都充分显示了运动鞋产、i k 的快速发展。从技术方面 来说，在鞋底的中部位置插入各种性能装置的设计方法纷纷出现，如带气挚的鞋 的问世，就j f ：辟了减震鞋的新领域。因此，运动鞋应具备各种功能性，时尚性， 保护性和舒适性，就越来越受到人们的关注。 2 1 运动鞋的历史回顾 运动鞋最早的使用是在军事活动中，为了能使传送命令的传送兵更好地执行 任务，所以出现了运动鞋的设计想法，随后又被应用于古代的运动会即后来的奥 林匹克运动会。因此运动鞋便逐步发展了起来。1 8 6 9 年第一双用硫化橡胶作平鞋 底的网球运动鞋诞生，标志着近代运动鞋正式产生。 2 2 运动鞋的现状 2 2 1 运动鞋的生产现状 在困际上，几家火牌体育运动用品生产公司基本上垄断着运动鞋的市场。据 统计，n i k e 、a d i d a s 等占据了运动鞋的5 0 的市场。生产主要集中在中困等几个 发展中国家与地区。在过去的十多年的时l n j 犟，中国已经逐步成为运动鞋的生产、 消费大国，真正成为世界运动鞋加工基地。运动鞋的生产主要集中在我困的广东 的广州、东莞地区，每年的产量约占国内总产量的3 5 ，以高档运动鞋为主，多数 为世界知名品牌的加工厂，既有满足国内消费的普通运动鞋，还有世界知名品牌 的加工基地，也有部分困外一般品牌的加工厂，约占全国运动鞋总量的2 7 & 1 右， 其余还有江苏昆山、上海郊区、山东、辽宁等地的工厂也在生产运动鞋。 2 2 2 运动鞋的技术现状 主要的占占牌，比如r e e b o k ，彪马，阿迪达斯，耐克，骆驼等建立有自己的科研机 3 湖北工业大学硕士学位论文 构或智囊i 扎设汁和制造一些特殊的功能组件和特殊结构的运动鞋。生产完成的一 种方法，对鞋独家元素的元素有不同的唯一完成密度分布在至少一个方向的方法， 包括：制造业的译一元素高分予材料，从一个的元素，在成形坯工具提供热量选择 性单一的表面的工具扩大区域选择性局部的唯一的元素组成的新元索，其中一个 单独完成f 、= 同密度分布产生唯一的元素与完成大幅扩张区域选择性的唯一元素预 制块。而新鞋的材料，如一个很高的耐磨性和弹力纤维含有碳材料、高弹性纺织材 料等。在设计创新，国内最大的体育食业缺乏自主创新能力，并具有自主知识产权 的意识、技术资料，使国内很多企业都足仿鞋、时尚和国外，很难保持幽内国际时 尚潮流的起源；因此，我围应加强鞋业鞋设计、科研和品牌知名度。在生产工艺、 生产技术在普通的运动鞋已经达到世界水平，但是高性能、高技术含量的鞋生产技 术和差距还是很人的。 4 湖北工业大学硕士学位论文 第3 章运动项目中的特殊伤害和过载问题 手球、排球和篮球等运动项目，是由直线跑动和旋转运动结合起来。侧向运 动和向后、向前以及旋转运动与跳动相结合。这些运动的生物力学性能本身就接 近于极限，对手和额外负载更加强了伤害的可能性。掘统计，在体育运动巾运动 员所受到的伤害中约1 3 影响剑脚踝，且大于6 0 的伤害涉及到脚踝和膝盖。合适 的鞋和运动场所表面，将能够有效、安全地控制脚的位置和更好地控制运动。以 下讨论及相应的各种数据结构体现了唯一的一篇文章的鞋类。相关概念的唯一的 结构揭示参照鞋类具有结构，适用于运动的篮球。唯一的结构并不仅限于单独去鞋 类专为篮球，但是，可以广泛应用于运动鞋的风格，包括网球鞋、足球鞋、休闲鞋、 交叉训练鞋、足球鞋、休闲鞋，例如。唯一的结构也可以应用于鞋的风格，通常被 认为足非竞技，包括时装鞋、拖鞋、凉鞋、工作靴。一个人技术的艺术欣赏，因此， 这个概念的规定适用于披露了各式各样的鞋类j x l 格。一般而言，它是可能产生的伤 害。如果这个运动的身体部位也受到高应力在散步或跑步。这样的伤病和体育运 动中出现的特殊需要大量的运动。这适用于两者联系体育，例如英式足球，和非接 触式运动，例如跑步或慢跑。在另一方面，用以制造的形成一个唯一的元素的元素 的鞋子，唯一的形成工具包括加热元件，当地相关的表面，形成的热量供应的选择 性的表面形成单一的工具来扩大选择部分的唯一的元素组成的独家元素坯。产生 的唯一因素有不同密度分布。在特殊情况下，长跑运动员通常涉及受伤或强调运动 部件的身体，它可以降低性能，并可能导致无法进一步履行这项运动。最严重的伤 病已经受伤的膝盖或受伤的软骨。由于这样的伤害经常出现的转动，伴随著步态周 期运动时脚接触地面和推离地面。两种类型的转向动作，被视为危险的是旋转。经 常去伤害的膝盖。是一个旋转或转旋的脚从一个侧面，u l j ；, i - n 脚的，一个内侧，即内 侧面的脚。在典型步态周期、脚接触地面= ：始与外围部分。重量是然后转向了前 足部丌始落地阶段。 在这个阶段，旋转向内侧脚开始。这是一个相应的转变，从内侧脚向； i - n 脚的。 两者常导致受伤的膝盖。现的披露，以供参考的完整性，涉及到一个唯一的装置，不 同部位的物质具有不同的弹陆性质。所述的独家单元山两层，即下层的一个峰实的 物质( 办可用作外) ，上层软层。下层有更高的脚跟部分和厚度的拱形的一部分作为 上层稳定。柔和的阻尼层叠加形成互补，更低的脚、层厚度随它依赖的横向位置。 另一个己知的解决方案，例如，在罔际专利中请案号( 1 1 ) 。w 0 9 5 0 3 719 下开始，披露 的现，以供参考。按照这种方法，足中和插入旋进脚跟部分的唯一单位元素被其下 5 湖北工业大学硕士学位论文 游接触的g l - j 氐。这个元素包含上卜层次的碳纤维复合材料以轻快的核心内容。元 素逐渐从内n 禾u g i - n ，从脚跟到中底区。换句话说，这个元素逐渐变细，在两个方 向的元素。冈此，它是一个对象的本发明提供一个唯一的单位，尤其是运动鞋，可以 产生一个简单方便的方式，冈此，对，l 产工艺，还允许一个预定的浓度变化在横向 和纵向或在一个完整的地区的唯一因素。一个方面是，本发明的使用两种不同的材 料和不同密度的浓度变化，创造了唯一的元素，将这些材料，但后来使用单一材料 供应，作为一种预制块厚度的分布，经压成型到所需的浓度分布。一个好处是，所有 发明的后续问题的不同元素的唯一不再和完整的唯一的元素是在一个生产一步完 成。自从产生的浓度变化主要与几何尺寸的变化；任何密度和弹性，所以，性能超过 了完整的地区的唯一的单位都离不开互补的两种材质层形成。在一个方法发明的 一种体现，有不同厚度的新在横向和或纵向不足用来获取的浓度变化，而是一个 均匀坯，扩展了成形刀具不同的热量被选择性的供应。密度分布，因而得到不同的 扩展部分当地高分了材料。在一个方面，体现了发明是一种制造一个唯一的元素， 元素的鞋子有着不同密度的独家分销中至少有一次方向，例如横向和或纵向。该 方法包括制造一个唯一的元素预制块从聚合物材料的厚度变化的横向和纵向或根 据特定的密度分布，形成所需的唯一的元素在成形坯的唯一工具完成从睢一元件 预制块元素。在另外的聚合体，制造业的唯一的元素可以包含注射成型坯的预制 块。唯一的因素有均匀的高分子材料，包括一份有局部变密度。齐次高分子材料包 括乙烯基酯。唯一的元素可以包含一个边界部分有一个均匀密度处理邻近的部分 有局部变密度，在一个化身，完成的唯一凶素有实质上不断厚度在至少一个横向的 方向。此外，唯一的元素可以受到预制块均匀压缩在形成步骤。 在另一方面，一个化身的发明足一种制造一个唯一的元素，元素的鞋子有着不 。同密度的独家分销中至少有一次方向，例如横向和或纵向。该方法包括制造一个唯 一的元素高分子材料，从一个新形成唯一的元素在成形坯工具提供热量选择性的单 一表面局部选择性扩大工具的独家元素坯独家元素所需完成从单一元素的浓度分 布预制块。这些和其他物体的优势和特点，连同本发明的规定，将变得更加明显透露 通过引用下列的描述，随之而来的图纸，并要求。此外，它足被理解，体现了不同的特 点，详细阐述了并不是相互排斥的，可以存在于各种组合和排列。有了一定的化身的 发明，它将会对那些普通的技能在艺术，其他几本集的概念可没有披露离丌了精神 和范围的发明。所述的化身都要考虑到方方面而，只有说明不受限制。另外，这个步 骤的唯一能生产要素包括步坯生产与第一部分坯厚度有一个本质上不断的从内侧， 中间分坯厚度与线性下降，第二部分有一个本质上不断厚度方向的外侧的预制块。 在这个步骤中，唯一能生产要素包括步坯等提供了一。种预制块大幅度的不断的厚度 6 湖北工业大学硕士学位论文 例球运动中，沙质或合成的粒状场地表面史合适自由地旋转和平移运动。但 在室内运动中对旋转和侧向运动的阻碍相对较大，这会导致腓骨韧带上压力的巨 增。这个人的脚是一种结构复杂的机器的骨与一个矩阵的韧带和肌腱。作为一个 人走的时候，脚执行复杂的动作稳定身体和移动身体的方向移动。例如，运动员的 脚结构调整或赤身露体，或符合自然形状提供平衡身体柔软的沙滩向斜变量的地 形。其内部结构调整其复杂的矩阵，移动的形状在对立的飞机。移动的结构改变形 状的多重拱门。这利- 变化多结构性功能、暂停、锁撬沿横向扩展，脚趾矢状面和正 面的飞机。然而，有能力的结构，沿着多个层面是有限的，并且改变了人类的鞋子。 大部分的天然运动是失去了对对方的鞋的结构。前脚底不是艺术结构对上述提到 脚的运动。那就是，脚将进行这样的动作，脚移动，但是在鞋不影响或内侧外层的唯 一。因此，虽然他的脚是运动的。从本质上说虽然他的脚是在与地面接触，他的脚 是被迫作出反应的。集中优化稳定最终减少风险的伤害。一个常见的这种损害是 一边( 即侧或内侧) 脚旋转。体育运动，如篮球、网球、室内和室外的足球，橄榄球、 曲棍球、足球和广泛的其它活动需要频繁和快速的横向身体动作。一个安全的脚 植物变得本质的运动上部的身体。受伤的脚时经常出现的植物是不安全的和稳定 的。例如，一个显著的脚踝受伤的脚旋转时能产生侧向边鞋。这一边旋转可以任何 固有的灵活性的踝关节。旋转向外侧脚外在的脚町以导致拉筋或扭伤的脚踩受伤， 或者脚旋转向内侧脚边能有像有害的后果。独立于使用条件是十分重要的，它可能 会受到鞋重人压力或震动。例如，可以提供冷却矩阵的坐挚下面的脚。在这样的实 例，从外部压力变化的基质从0 加速到每小时大约2 0 0 0 磅在较短的时f i j 内使用，如 在体育活动，如散步，跑步、跑步、徒步旅行、技术攀登、篮球、足球、棒球、足 球、曲棍球、网球、羽毛球，壁球、手球、田径运动、有氧运动、舞蹈、举重、交 叉培训、自行车、马术、拳击、武术、高尔夫、保龄球、曲棍球、滑雪、冰球，旱 冰鞋，溜冰鞋、保龄球、划船、划船。商业或职业的使用也会受到压力瞬变、鞋类 产品包括工业用、使用、起蓖、办公用等等。由于忽视了大多数腓骨韧带损伤， 故经常会导致随后的创伤，即脚踝的损伤。脚踝和距下关节的灵活性意味着，人 在跳跃的着地过程中产生的力，或多或少地被以前收缩的肌肉组织获得。运动稳 定或不稳定要看关节和肌肉的情况，仅靠鞋和脚的被动缓冲是不够的。脚在落下 的同时发乍的外翻过程中，其活动范f 目的限度足由补偿肌肉群上的负荷和产生的 力的区域决定的，这些力可以传递到更多最接近的骨骼上。在跳起和着陆过程中， 脚的位置决定小腿扭转运动，因此最终决定了膝盖关节的定向运动。膝盖关节处 于压力之下，既排球和手球中常见的膝盖关节过载| 、u j 题。从力学观点米看，膝关 1 ，的骨性结构很不稳定，膝部的损伤和并发症是典型的运动损伤。运动特征性伤 7 湖北工业大学硕士学位论文 害和过载造成的膝盖和脚部伤告表明，需要特别注意脚的向日i 和阳侧边的运动， 即鞋需要良好的侧边稳定性及冈落地而引起脚的扭曲伤害。本发明提供动态侧倾 磊急定装置通过一个有弹性的结构。把结构形状提供动态稳定侧向或内侧脚边被迅 速增长的流体压力的流体快速变化的响应中加载膀胱压缩。弹性膀胱连同其他元 素的发明提供侧面和内侧结构的稳定性，提高接触者的脚的缓冲，同时又提供优化 的灵活性。 8 第4 章人体健康与足底压力的关系 4 1 对足部的认识 人体的运动系统主要由骨、关节和肌肉三部分组成。 由2 6 块足骨组成，包括跗骨7 块，足石骨5 块和趾骨1 4 块( 姆趾骨2 块， 其余趾骨各3 块) 。 ( 1 ) 跗骨：每侧有7 块足骨，属于短骨。排为前、中、后三列。 ( 2 ) 跖骨：属于长骨共5 块，分别为第一跖骨、第二跖骨、第三跖骨、第四 跖骨、第五跖骨。 ( 3 ) 趾骨：拇指趾为2 节，其余各趾为3 节，每双足共1 4 个。 42 足部穴位 如图4l可以治疗人体病痛 图4l 足部主要穴位分布 脚是人体重要的起支撑和运动作用的器官。它的作用就是支撑人体，吸收和 缓冲作用力，产生向前推动力，调节并维持身体的平衡。在静止或运动中，人体 会在自身的作用力f 会受到向上的来自地面的反作用力。即足底压力。虽然脚 对于人的整个身体来说是很小的一部分，但在行走的每一步中，它都承受到巨大 的压力。这种压力可能会超过人体体重的一半以上。然而就开常的生活来说，这 就意味着一个人每天都要承受巨大的压力。所以如果人体脚部的结构发生了病变 湖北工业大学硕士学位论丈 或者功能出现了障l i 导问越或当人体的_ 运动状念发生改变时，那么脚部的址力和压 强分和也会有变化。 影响足底压力的分布一般有以下几个冈素，如年龄、体重、性别、鞋底的构 造以及步速等。 4 3 足部压力的影响因素 4 3 1 体重的影响 由于理论上的足底压力基本上等于垂直方向上的应力与脚部所接触面积的比 值，所以足部的压力会与人体有明冠的相关联系。然而对于体重的影响来说，不 会和想象的那样多。c a v a g hp r ，s a n d e r sl j ， s i m sd s 等旧3 研究显示人足底峰 值压力与体重的相关系数为0 3 7 ，在足底压力的形成中体重贡献仅为 1 3 8 b i r t a n em ，t u n ah a k a n 等叫将5 0 例志愿者分为肥胖组和对照组分别进行 评价，结果显示体重指数与接触面积呈j 下相关，而与足底大部分区域的压力无明 显相关。f r u s s og ，p o m a r a ， g r a v a n t eg 等1 研究出了同样的结论。这样的结果 有i 叮能是囚为体重大的脚部尺寸和脚与接触而积成i f 比，尺寸大的所受的压力也 会较大，所以缓解了体重对脚部压力的影响。 4 3 2 年龄的影响 由于人体的生理结构不同，那么随着年龄的改变，在不同的成长阶段，脚底 压力的分布值也会随年龄的不同而不同。 正常人的足的纵弓是从出生之时到6 岁成熟时一直发育，所以到了4 岁以后 彳会与成人的机构相似。而4 岁以日仃则是因为内侧有比较明显的脂肪挚，才造成 与成年人的不同。老年人由于肌肉和脚部脂肪垫的收缩，足纵弓会变得平缓，同 时关节的活动度，脚趾的发展也会改变。而这些都会影响足部的功能。k e r n o z e k 等n 3 1 人发现由于老年人与年轻人的足底压力分和不同，他指出脚后跟、前足和第 2 - - 一4 足趾两组相似，而其他部位也没有明显的差别，这说明了人体的代偿机制回 使老年人的脚步变化对足底爪力分布的影响变小。 1 0 湖北工业大学硕士学位论文 4 3 3 性别的影响 在性别方面，男女由于体重和骨骼特征不同，特别是足纵弓的结构不同，所 以性别的对足底压力有十分明显的影响。国外学者h e n n i g 等人研究指出，当人体 站立时男女只有中足的压力存在差别明显的影响。但是，虽然男女在足底压力有 些差别，但由于女性群体普遍其中较轻，生理尺寸也会变小。而且足纵弓的代偿 机制，以及足底压力的分布与男性群体桐筹不是很大。 4 3 4 步速的影响 步速的变化也会影向足底压力的变化。国外学者b u r n f i e l d 等1 4 1 和t a y l o r n 5 1 等人分别发现不同年龄段的人足部的压力随步速的加快而增大。因为步速的变大， 使足部对地面的作用力也就越大，即地而的反作用力也会随之变大。 4 3 5 鞋的构造 国外学者b u r n f i e l d 等人研究指出光脚与穿鞋相比，光脚更能导致足部后跟 和前足的压力分布增大。主要原因可能足光脚会使脚部的接触面积变小。但是随 着鞋的舒适度的增加，足底压力会从| j 向后足转移。同时压力中心也会向脚的外 侧移动，改变足的舒适性。对于鞋底舒适性能的研究的应用价值：主要有两个方 面，一个方面是为健康的人体研究制造更具舒适性能的鞋提供了依据；另一个方 面，则是为有足病的人设计出矫正鞋。那些擅长艺术所发明的附属可以修改用人 原则和其他几本发明之没有背离其精神或基本特性尤其在考虑上述的教义。所述 的化身，举例说明，被认为足在各方面都只是说明和不受限制。这项发明的范围，因 此，表明，由附加索赔而不足由前述的描述。因此，虽然发明被认为涉及到某几型产 品中，并以实例说明，调整结构、材料和类似的顺序，将明显的那些熟练的艺术，但 倒范围内的发明。一个鞋类独家结构之问的相互作用的力量，为动态指导用户的脚 和鞋类期间，包括内部跨独家毗邻用，、的脚，中底打码之间内在的唯一和鞋类，一 根肋骨丝带力传递结构之间内在的唯一和巾底打码的肋骨丝带包括复数个肋骨间 距，沿脊柱轴横向、纵向延伸和连接。关于抗屈曲的肋骨丝带的轴轴线允许一个相 对脊柱的挠曲某个轴线横向脊柱的轴线和肋骨丝带坐落在路旁的内在和 m i d s o l e s 之问的梢勺：作用的力量，i 叮以动态指导用户的脚之间，鞋类用户的重肇 转移到脚趾从脚口醍上一人步迈进。一个鞋类独家结构之间的相互作用的力量，为动 湖北工业大学硕士学位论文 念指导用户的脚和鞋类时的用户、鞋类独家结构包括：一个内在的独家为订婚与用 户的脚，中底打码之i u j 内在的唯一和外部的唯一的、一根肋骨丝带力传递结构之间 内在的唯一和中底打码，其中肋丝带力传递结构包含复数个肋骨自j 距，沿脊柱轴 横向、纵向延伸，连接，多数的脊柱弯曲对肋骨抵御的轴轴线允许一个相对脊柱的 挠曲某个轴线横向脊柱轴、肋丝，带力传递结构坐落在路旁的内在和m i d s o l e s 之 问的相互作用的力量，可以动态指导用户的脚之间和鞋类用户的重量转移到脚趾 从脚跟上一大步迈进。一部分，肋骨丝带力传递结构整体与之时，第二部分罩面的 肋骨丝带力传递结构整体最高表面的中底。 4 3 6 其他影晌因素 不同的行走方式也会对足底产生不同的影响。其次还有负重的程度。l i n g ek ， m c c a b ec ， n y s k am 等棚通过对比了1 0 名下常人在负重前后经过e m e d 平板的数 据后，发现在人体负重后中足部的压力分布不变，而在足中间和内侧自仃压力分布 却在增加。这说明了正常人体通过使用激发代偿机制将载重负荷从中足位置转移 到了中间和内侧的前足部位，以此米保持了足弓的稳定性。上半场的脚后足 ! 循环 段和内心的横向部分位于一个表面上的中底打码，第二个一半的一段与外部脚跟 环路环路段横座落于较低的内部表面。至少有一个地区的一个球脚趾区域内唯一 具有内在的独家接触时，至少有一个球结构的巾底打码脚趾都有相应的结构中底 的内部结构，防止独家订婚的相对运动球脚趾区域内唯一和球脚趾的中底。 4 3 7 足底压力分析与研究 通过韦启航心们等研制的足底压力测试系统；张春林乜门等人对采用k is t l e r 测 力鞋挚与利用p e d a r m o b il e 分析系统测试与分析人体足底受力进行了研究。主要 测试数据见表1 与表2 。 由表1 可见：人用双足站立时，左右足底各部位压力均无明显差异，说明了 j 下常人站立时，双足承受压力相似。 表4 1 静态足底各部位最大压力分布k g c m 2 1 2 湖北x - 业大学硕士学位论文 足跟一 1 1 0 o 3 4 1 0 4 - 1 1 6 , - 11 0 6 o 3 5 一 0 9 9 - 1 1 2 j 。 足弓一0 3 1 o 1 6 0 3 2 - 0 3 7 0 3 8 o 1 7 j 0 3 5 n 0 4 1 一： 第1 趾骨t ，0 2 5 o 1 3 j0 2 8 - 0 3 4 0 3 3 o 1 6 - ，；0 3 0 - - 0 3 6 l 第2 趾骨j0 2 1 o 1 0 一0 1 9 - - - - 0 2 2 j0 2 1 o 1 0 , j 0 1 9 - 0 2 3 , - ； 第3 - 5 趾骨一。0 1 8 o 0 8 , j 0 1 6 - 0 1 9 , - 0 1 6 o o t , j0 15 - 0 1 8 , - t ； 第1 趾骨+ j0 6 1 o 2 2 00 5 7 - 0 6 5 0 5 9 o 2 1 00 5 5 - - 0 6 2 一 第2 趾骨一0 7 3 o 2 7 0 ：0 6 9 r - - 0 7 8 0 6 8 o 2 4 , - | 0 6 4 - 0 7 2 一| 第3 - - 5 趾骨p 0 4 9 o 2 3 0 ；0 4 5 - - o 5 3 00 5 1 o 2 0 矿i0 4 7 , - 一0 5 4 0 表4 2 动态足底各部位最大压力分布k g c m 2 左足一右足p 部位p 峰值压力p；9 5 置信区间一：峰值压力驴9 5 首信区间栌 足跟一 2 1 1 0 4 7 , - 12 0 4 - 1 1 6 2 0 2 0 4 8 1 9 4 - - 1 0 9 足弓一 0 6 8 0 3 i 一 0 6 3 - - 0 3 7 一 0 7 3 o 3 9 00 6 8 - 0 8 0 j 第l 趾骨一 1 5 7 0 6 3 j 1 4 7 n 0 3 4 一：1 6 8 0 7 1 j1 5 7 一- - , 0 8 0 j 第2 趾骨一 0 7 3 0 3 3 , - i0 6 8 - - 0 2 2 j ，0 7 9 0 3 5 0 7 3 - 0 8 4 0 第3 - - 5 趾骨一0 4 6 0 2 5 一 0 4 2 - - o 1 9 * j i0 4 5 0 2 2 , j 0 4 1 , - , - , 0 4 8 j 第1 趾骨一1 8 2 0 6 5 j 1 7 2 0 6 5 一l1 8 1 1 0 3 j1 6 5 - 0 9 7 0 第2 趾骨一 2 5 3 0 6 8 “2 4 2 - o 7 8 ，2 4 2 0 6 7 2 3 0 , - - - , 0 5 1 j 第3 - - 5 趾骨p 1 6 5 0 7 0 p j1 5 4 - 0 5 3 ：1 6 5 0 6 3 矿1 5 5 0 7 5 0 表4 1 和表4 2 显示出足底静、动态压力对比情况。通过比较看出：一个j 卜常人 在处于站立状态时，脚底的压力分布主要是以足跟为主，另外为跖骨，最后4 识 足趾承受的最小；而在步行状态时，脚底的压力分布却与站立足呈现明显的不同。 压力分祈j 的改变情况是，从静止状态事的脚后跟位置，转移为第2 跖骨，于此同 时，在第1 跖骨、第l 跖骨与第3 5 跖骨的压力同样的明昆变大。 针对鞋类之间的相瓦作用的力量，为动态指导用户的脚和鞋类期间，包括内部 跨独家毗邻用户的脚，中底打码之问内在的唯一和鞋类，一根肋骨丝带力传递结构 之i i l j 内在的唯一和中底打码的肋骨丝带包括复数个肋骨问距，沿脊柱轴横向、纵向 延伸和连接。关于抗屈曲的肋骨丝带的轴轴线允许一个相对脊柱的挠曲某个轴线 横向脊柱的轴线和肋骨丝带坐落在路旁的内在相互作用的力，可以动态指导用户 的脚之| h j ，鞋类用户的重量转移到脚趾从脚跟上一大步迈进。鞋子的底是众所周知 的艺术。现代鞋业鞋底包括多种层次，例如，一个外底，一个中底和内底。一般米说， 有橡胶外层是结构化的联系和从事地面。面对这一层有一个底部，包括一个或多个 突出物的践踏。橡胶的外层都有 ：游面接触内心的层。内在的层通常包括一个或 1 3 湖北工业大学硕士学位论丈 多个层次的填允物。可形成的内存层，例如，得剑了一个支持。内在的层，但并未结 构化的反应动作发生在足部的行走过程中。 1 4 a 够b 第5 章运动中鞋底受力分析 众所周知鞋俩与鞋底的不柑同的地方往于，鞋底是要承受人体n 勺总重量， 存奔跑，跳跃等快速运动时，会受到等同十体重2 4 倍的j k 力，小仅如此，还要 要求鞋底能具备更多的性能，比如耐磨性、避震性、弹性、防滑性、透气性、舒 适悱、软硬度适宜、抗扭伤性n 十挠曲和重量轻等功能特征。u f 足如何才能满足 这么多的性能要求呢? 埘j 运动鞋生产者束说，必须考虑鞋底的受力分m ，再通 过检测分析手段，这样就能为鞋底的殴计提供订力的依据。下面从以下几个1 要 的性能要求对鞋底受力的影响程度进行分析。 51 鞋底的耐曲挠性 对于消费者米醴，运动鞋的耐折性能是首先要考虑的因素。园内的质量监督 部门也十分注意的一个物性指标。在运动鞋底跖趾的关节部位划山5 m mk 并用 每秒约4 次的折挠速率进行测试。在鞋底的设汁生产时，也应段的考虑到鞋底弯 折淘卅的厚殷和牲底材料的 2 _ j - 件。一般以圆弧形状的为 。 52 鞋底的耐磨性 陶51 l l 现阶段我国的消费水平来看，消费肯最关心的也包括运动鞋的耐穿性。但 足其中除鞋底的向j 折性能之外，能香耐磨| ! f l 是耐穿性的重要冈素之。 0 5 21 周边磨耗 往多数 自况下，运动牲鞋底的心边( 后跟、中腰、婀掌) 柚内1 0 1 5 m m 是受 到摩擦最多的弃| ：似，化浚处的受膊干【i ! _ ：! ：小于鞋头和后h 。 t 要原冈足小拇指、人 拇指和脚跟的三j ? 足其主要的受力位胃。 5 22 鞋头磨耗 运动鞋鞋又受磨耗的程度基小小于鞋后趴，般水蜕，鞋火的外删麝耗足小 于内侧的，其卜篮的原凼是，人在走路和跑步的过程中，郁是脚的后跟先着地， 而当脚抬起地面时，大拇指到最后提起叫且向h u 推进了并产生了摩擦了。 5 23 后跟磨损 牲后跟的f 要受薜耗部位，据数据统计，柞l i 常人中有8 0 的人的脚挪都是用 后趴的外侧柬接触地i m 的。h 时凼为脚部在精起和落地的时候，都是以朝向内心 偏移，冈此鞋底的外侧受到的磨损度夫于鞋底内侧。 5 24 耐磨设计 根据以上的受培分析，牡受磨功能要求高的运动牲( 如刚j _ 4 鞋) ，就顽选 用耐磨性能好的橡胶做大底，如采h j 意人利超强耐磨的橡胶底。或肯存鞋头内侧 和后趴外侧，特意设训耐磨的橡胶贴。( 如罔52 ) ”“、_ q 爹 哑 图5 2 53 鞋底的止滑性 在进行篮球运动时常常有急停、急转运动，此时要求运动鞋( 如篮球鞋) 具 有较高的止拊性。否则，不仅会引起一场精彩赛事的失利，还可能会造成运动的 受伤。然而，在鞋底其他方面条件不变的条件下，耐磨耗性和止滑性却是成反比 的，耐磨性越好，就意味着止滑性f 降：止滑性越佳，则其耐磨性就越差 5 4 鞋底的透气性 透气性不仅只限于鞋面，鞋底同样也要求有透气性。因为在】下常穿用运动鞋 时，人足部皮肤的温度可达到3 4 3 5 c 而在激烈运动时，其温度将达到4 3 4 9 ；此外大底纹路设计越粗糙、越复杂，与地面摩擦力就越大，热度也就越高。 因此，鞋底透气性的设计是非常必要的，但同时要考虑其防水性，一般是在气窗 处( 罔54 ) 涂抹一层能透气的防水胶。 5 5 鞋底的支撑力 图54 1 未 - 支撑力是一个比较复杂的问题，具体说就是通过运动鞋紧缩厚实的设计，来 1_ ；盔0酗毒 湖北工业大学硕士学位论文 保 | e 脚对人体姒有力的支撑。这种紧缩的设计，j j 以克j j 技脚向i j 【| 剧分散力量，从 而保证向上的支撑力。一般采用硬支撑片从鞋腰延伸至后跟( 图5 4 ) ，插入中底 或在大底与中底之问，对人脚起平稳支撑、固定的作用，也可以防止运动中的扭 伤。在传统的减震鞋，然而，因为后面的气室1 l 和自动化泵设计的1 5 个同样的高 度，自动泵泵在其1 5 通常是第一步，但是如果多f 一个预定的压力，气室1 1 和自动 化泵1 5 成为在同一压力的部分，从而降低了抽力或共至无法泵。因此，目前的发明 家已经解决了问题，而这是种对象的本发明提供一种泵装置具有适当的鞋的自动 泵泵通过i