一种多胞结构鞋底振动能量传递评估方法技术

本发明专利技术公开了一种多胞结构鞋底振动能量传递评估方法，包括：步骤S1，建立原始鞋底三维实体模型；步骤S2，构建不同晶格类型的多胞结构，并分别将其填充入鞋底足后跟区域，得到不同晶格类型的多胞结构鞋底；步骤S3，构建步骤S2中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编程语言计算并绘制多胞结构鞋底等效机械导纳分布云图，及获得多胞结构鞋底不同区域等效机械导纳的分布情况；步骤S6，基于多胞结构鞋底不同区域等效机械导纳的分布情况，利用Python编程语言计算并获得多胞结构鞋底不同区域等效振动传递率的分布情况。传递率的分布情况。传递率的分布情况。

【技术实现步骤摘要】
一种多胞结构鞋底振动能量传递评估方法


[0001]本专利技术涉及振动分析领域，具体涉及一种多胞结构鞋底振动能量传递评估方法。

技术介绍

[0002]多胞结构因其拥有优良的缓冲吸能效果，被用于鞋底的缓冲结构设计。有研究表明，多胞结构的存在能够减小足部受到来自地面的冲击，起到缓冲吸能的效果。而多胞结构鞋底在振动方面的研究却少有人涉及。另外，目前对于足部和鞋底振动的研究主要采用运动学测量的方法，有着诸多的缺点，如试验周期长、成本高等。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种多胞结构鞋底振动能量传递评估方法，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。
[0004]本专利技术采用如下技术方案：一种多胞结构鞋底振动能量传递评估方法，包括：
[0005]步骤S1，建立原始鞋底三维实体模型；
[0006]步骤S2，构建不同晶格类型的多胞结构，并分别将其填充入鞋底足后跟区域，得到不同晶格类型的多胞结构鞋底；
[0007]步骤S3，构建所述多胞结构鞋底的有限元模型；
[0008]步骤S4，对所述多胞结构鞋底的有限元模型进行稳态动力学分析，获得其对振动的响应情况；
[0009]步骤S5，利用Python编程语言计算并绘制多胞结构鞋底的等效机械导纳分布云图，及获得多胞结构鞋底不同区域等效机械导纳的分布情况；
[0010]步骤S6，基于多胞结构鞋底不同区域等效机械导纳的分布情况，利用Python编程语言计算并获得多胞结构鞋底不同区域等效振动传递率的分布情况；
[0011]步骤S7，对所述步骤S2中的不同晶格类型的多胞结构鞋底重复执行所述步骤S3
‑
S6，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分布情况和等效振动传递率的分布情况。
[0012]在一较佳实施例中：所述步骤S2具体包括：
[0013]步骤S21：构建不同类型的多胞结构，包括Grid型多胞结构、Star型多胞结构、X型多胞结构；
[0014]步骤S22：以原始鞋底三维实体模型的足后跟区域作为多胞结构填充区域，将不同类型多胞结构填充入鞋底足后跟区域，得到不同类型的多胞结构鞋底。
[0015]在一较佳实施例中：所述步骤S3具体包括：
[0016]步骤S31：将所述多胞结构鞋底导入Abaqus有限元分析软件；
[0017]步骤S32：对多胞结构鞋底按照解剖学原理划分成不同的区域，具体包括足跟区、足弓区、跖骨区、趾骨区4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；
[0018]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。
[0019]在一较佳实施例中：所述步骤S4具体包括：
[0020]步骤S41：对所述多胞结构鞋底的有限元模型在一定频率范围内进行模态分析，得到多胞结构鞋底的固有振动特性；
[0021]步骤S42：再对所述多胞结构鞋底的有限元模型的激励面施加一定频率范围内的单位简谐激励力；
[0022]步骤S43：基于所述步骤S41中多胞结构鞋底的有限元模型进行模态分析，对所述步骤S42中的多胞结构鞋底模型进行稳态动力学分析，得到多胞结构鞋底对于振动的响应情况；
[0023]步骤S44：将多胞结构鞋底鞋表面各节点的速度作为历史输出变量，输出各节点速度到Abaqus结果文件.odb文件中。
[0024]在一较佳实施例中：所述步骤S5具体包括：
[0025]步骤S51：利用Python编程语言从所述.odb文件中读取多胞结构鞋底激励面及鞋底下表面各节点的响应速度到矩阵A，读取激励面各节点的节点激励力到矩阵B；
[0026]步骤S52：根据所述响应速度矩阵A与激励力矩阵B，并结合等效机械导纳计算公式得到多胞结构鞋底激励面及鞋底下表面各节点在全频率范围内的等效机械导纳数据，并写入.csv表格文件中；
[0027]步骤S53：利用Python编程语言求取多胞结构鞋底激励面及鞋底下表面各节点等效机械导纳数据在全频率范围内的平均值，并绘制其分布云图；
[0028]步骤S54：求取多胞结构鞋底激励面及鞋底下表面各区域等效机械导纳的平均值，得到多胞结构鞋底激励面及鞋底下表面不同区域等效机械导纳的数据。
[0029]在一较佳实施例中：所述步骤S6具体包括：
[0030]步骤S61：从所述多胞结构鞋底激励面等效机械导纳获得等效输入导纳数据，从鞋底下表面不同区域等效机械导纳获得等效传递导纳数据；
[0031]步骤S62：根据所述多胞结构鞋底的等效输入导纳数据与等效传递导纳数据，并结合等效振动传递率计算公式，计算得到多胞结构鞋底下表面不同区域的等效振动传递率。
[0032]在一较佳实施例中：所述步骤S7具体包括：
[0033]步骤S71：对所述不同晶格类型的多胞结构鞋底重复执行所述步骤S3
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S6，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和不同类型多胞结构鞋底激励面及鞋底下表面不同区域的等效机械导纳与等效振动传递率数据；
[0034]步骤S72：根据所述不同晶格类型的多胞结构鞋底激励面及鞋底下表面不同区域的等效机械导纳与等效振动传递率数据，绘制不同类型多胞结构鞋底在鞋底不同区域的等效机械导纳与等效振动传递率分布的柱状图；
[0035]步骤S73：根据所述不同晶格类型的多胞结构鞋底下表面不同区域的等效机械导纳与等效振动传递率数据，求取不同类型多胞结构鞋底整个下表面等效机械导纳与等效振动传递率的平均值，并绘制柱状图进行比较。
[0036]由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0037]1)本专利技术方法中，对模型的质量密度、杨氏模量和泊松比分别进行赋值，使模型与实物的材质相同，从而达到仿真的目的；
[0038]2)本专利技术方法中，采用等效机械导纳与等效振动传递率来对振动能量分布及传递情况进行分析，能够清晰的反映多胞结构鞋底对于振动的响应情况，及鞋底振动能量传递情况；
[0039]3)本专利技术方法中，利用Python编程语言绘制等效机械导纳分布云图及柱形图和等效振动传递率分布柱形图，能够很清晰的反映振动能量在不同多胞结构鞋底不同区域的分布情况，以及振动能量在多胞结构鞋底不同区域的放大衰减情况；
[0040]4)通过本专利技术可以对不同类型多胞结构鞋底的振动能量分布及传递情况进行评估，能为制鞋业与脚用个人防护设备的开发提供指导。
附图说明
[0041本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多胞结构鞋底振动能量传递评估方法，其特征在于包括如下步骤：步骤S1，建立原始鞋底三维实体模型；步骤S2，构建不同晶格类型的多胞结构，并分别将其填充入鞋底足后跟区域，得到不同晶格类型的多胞结构鞋底；步骤S3，构建所述多胞结构鞋底的有限元模型；步骤S4，对所述多胞结构鞋底的有限元模型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编程语言计算并绘制多胞结构鞋底的等效机械导纳分布云图，及获得多胞结构鞋底不同区域等效机械导纳的分布情况；步骤S6，基于多胞结构鞋底不同区域等效机械导纳的分布情况，利用Python编程语言计算并获得多胞结构鞋底不同区域等效振动传递率的分布情况；步骤S7，对所述步骤S2中的不同晶格类型的多胞结构鞋底重复执行所述步骤S3
‑
S6，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分布情况和等效振动传递率的分布情况。2.如权利要求1所述的一种多胞结构鞋底振动能量传递评估方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S21：构建不同类型的多胞结构，包括Grid型多胞结构、Star型多胞结构、X型多胞结构；步骤S22：以原始鞋底三维实体模型的足后跟区域作为多胞结构填充区域，将不同类型多胞结构填充入鞋底足后跟区域，得到不同类型的多胞结构鞋底。3.如权利要求1所述的一种多胞结构鞋底振动能量传递评估方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：步骤S31：将所述多胞结构鞋底导入Abaqus有限元分析软件；步骤S32：对多胞结构鞋底按照解剖学原理划分成不同的区域，具体包括足跟区、足弓区、跖骨区、趾骨区4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
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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。4.如权利要求1所述的一种多胞结构鞋底振动能量传递评估方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：步骤S41：对所述多胞结构鞋底的有限元模型在一定频率范围内进行模态分析，得到多胞结构鞋底的固有振动特性；步骤S42：再对所述多胞结构鞋底的有限元模型的激励面施加一定频率范围内的单位简谐激励力；步骤S43：基于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓颖，吴旭阳，黄贤伟，叶成涛，江志城，王思成，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：