一种缓冲多胞鞋底结构优化设计方法

1.本发明涉及优化设计领域，具体涉及一种缓冲多胞鞋底结构优化设计方法。


背景技术：

2.鞋是人体与地面冲击最直接接触的部分，其在与地面冲击接触的过程中能够起到缓冲减震的作用，从而保护人体免受地面冲击的伤害。而均匀介质层叠结构在缓冲减震方面有着优良的性能，因此将均匀介质层叠结构填充入鞋底，并研究其缓冲减震性能具有十分重要的价值与意义。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的主要技术问题是提供了一种基于有限元法来研究鞋底在与地面冲击过程中的缓冲性能及三层均匀介质层叠结构鞋底优化设计的方法，可为鞋底的制造与设计提供理论指导与借鉴。
4.为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种缓冲多胞鞋底结构优化设计方法，其特征在于包括如下步骤：
5.步骤s1，建立鞋底三维实体模型；
6.步骤s2：将不同类型多胞结构填充入鞋底足跟区，构建不同类型多胞结构鞋底；
7.步骤s3，构建多胞结构鞋底
‑
地面三维系统有限元模型；
8.步骤s4，对三维系统有限元模型进行加载的设置，并进行动力学分析，输出鞋底的应变能；
9.步骤s5，对所述步骤s2中不同类型多胞结构鞋底重复执行步骤s3
‑
s4，得到不同类型多胞结构鞋底的应变能数据；
10.步骤s6，比较不同类型多胞结构鞋底的最大应变能，获得最优的多胞结构鞋底。
11.在一较佳实施例中，所述步骤s2具体包括：
12.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型和x型；
13.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，得到不同类型多胞结构鞋底。
14.在一较佳实施例中，所述步骤s3具体包括：
15.步骤s31：将所述步骤s22中的多胞结构鞋底三维实体模型导入abaqus有限元分析软件中，并对其赋予材料属性与划分网格单元；
16.步骤s32：在abaqus中创建长方体板以模拟地面，并对其赋予材料参数与划分网格单元；
17.步骤s33：将步骤s31所述的多胞结构鞋底与步骤s32所述的长方体板按照相对位置进行装配，得到多胞结构鞋底
‑
地面系统；
18.步骤s34：将多胞结构鞋底
‑
地面系统在abaqus中进行接触及边界条件设置。
19.在一较佳实施例中，所述步骤s4具体包括：
20.步骤s41，对多胞结构鞋底
‑
地面系统有限元模型施加载荷；
21.步骤s42，对所述步骤s41中的多胞结构鞋底
‑
地面系统有限元模型进行瞬态动力学分析，并输出鞋底应变能数据。
22.在一较佳实施例中，所述步骤s5具体包括：
23.步骤s51：分别获得多种三层均匀介质层叠结构鞋底的最大应变能、最大应力及最大位移数据；
24.步骤s52：分别将多种三层均匀介质层叠结构鞋底的最大应变能、最大应力及最大位移数据进行对比，获得最优的三层均匀介质层叠鞋底结构。
25.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
26.1)构建了不同类型的多胞结构，并将其填充入鞋底足跟区得到不同类型多胞结构鞋底；
27.2)通过有限元分析得到了不同类型多胞结构鞋底在足后跟激励工况下的应变能数据；
28.3)分别将不同类型多胞结构鞋底的应变能数据进行对比，优选出了一种缓冲性能优良的缓冲多胞结构鞋底；
29.4)能够为鞋底的设计与生产提供相应的指导。
附图说明
30.图1为本发明优选实施例中方法的主要步骤流程示意图；
31.图2为优化前的鞋底三维实体模型图；
32.图3(a)为cross型多胞结构鞋底；
33.图3(b)为diamond型多胞结构鞋底；
34.图3(c)为grid型多胞结构鞋底；
35.图3(d)为star型多胞结构鞋底；
36.图3(e)为x型多胞结构鞋底；
37.图4为多胞结构鞋底
‑
地面系统有限元模型；
38.图5为不同类型多胞结构鞋底的应变能曲线图；
39.图6为最优的缓冲多胞结构鞋底。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解
为指示或暗示相对重要性。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是壁挂连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.一种缓冲多胞结构鞋底优化设计方法，如图1所示，包括：
44.步骤s1，在ug中建立优化前简化的鞋底三维实体模型，如图2所示；
45.步骤s2，将不同类型多胞结构填充入鞋底足跟区，构建不同类型多胞结构鞋底，具体包括：
46.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；
47.具体的，基于grasshopper和ug二次开发构建胞元大小为8mm、杆直径为3mm，长宽高为48mm
×
64mm
×
16mm的五种晶格类型的多胞结构，晶格类型包括cross型、diamond型、grid型、star型、x型。
48.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，得到不同类型多胞结构鞋底；
49.具体的，cross型多胞结构鞋底如图3(a)所示，diamond型多胞结构鞋底如图3(b)所示，grid型多胞结构鞋底如图3(c)所示，star型多胞结构鞋底如图3(d)所示，x型多胞结构鞋底如图3(e)所示。
50.步骤s3，构建多胞结构鞋底
‑
地面三维系统有限元模型，具体包括；
51.步骤s31：将所述步骤s22中的多胞结构鞋底三维实体模型导入abaqus有限元分析软件中，并对其赋予材料属性与划分网格单元；
52.具体的，多胞结构鞋底密度设置为1230kg/m3，弹性模量设置为4mpa，泊松比设置为0.4，网格尺寸设置为4mm。
53.步骤s32：在abaqus中创建长方体板以模拟地面，并对其赋予材料参数与划分网格单元；
54.具体的，地面密度设置为2600kg/m3，弹性模量设置为17000mpa，泊松比设置为0.3，网格尺寸设置为5mm。
55.步骤s33：将步骤s31所述的多胞结构鞋底与步骤s32所述的长方体板按照相对位置进行装配，得到多胞结构鞋底
‑
地面系统；
56.步骤s34：将多胞结构鞋底
‑
地面系统在abaqus中进行接触及边界条件设置；
57.具体的，多胞结构鞋底下表面与地面设置为面面接触，摩擦系数为0.6；地面下表面约束设置为完全固定约束，得到多胞结构鞋底
‑
地面系统有限元模型如图4所示。
58.步骤s4，对三维系统模型进行加载的设置，并进行动力学分析，输出鞋底的应变能，具体包括：
59.步骤s41，对多胞结构鞋底
‑
地面系统有限元模型施加载荷；
60.具体的，多胞结构鞋底表面载荷施加在鞋底足后跟圆形区域，载荷类型为压力，大小为300n。
61.步骤s42，对所述步骤s41中的多胞结构鞋底
‑
地面系统有限元模型进行瞬态动力学分析，并输出鞋底应变能数据。
62.步骤s5，对所述步骤s2中不同类型多胞结构鞋底重复执行步骤s3
‑
s4，得到不同类型多胞结构鞋底的应变能数据，如图5所示；
63.s6，比较不同类型多胞结构鞋底的最大应变能，获得最优的多胞结构鞋底，最优的多胞结构鞋底。最优的多胞结构鞋底其多胞结构填充在鞋底足后跟区域、杆直径为3mm、晶格类型为diamond型。其最大应变能约为0.1j，比原始鞋底的最大应变0.042j能提高了约138％，如图6所示。
64.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。