基于运动生物力学的小学生机能鞋研究

发布时间：2020-07-06 12:24

【摘要】：童鞋作为每名儿童在成长过程中必不可少的服饰品之一,其穿用是否合理、是否会引发儿童足部问题,在儿童的成长过程中显得尤为重要。儿童的足部正处于生长发育期间,在这一阶段穿着童鞋的结构、材料是否符合其脚型规律,将意味着日后是否会给他们带来足部问题。而纵观现今童鞋市场,绝大多数童鞋仍是按照成人鞋款进行缩小设计的,而这些结构的不合理会导致一系列儿童足部疾病的发生。因此,童鞋的设计不仅要关注童鞋的款式造型,更要从儿童足部发育规律角度出发,设计出真正符合儿童穿用、能够保护儿童足部健康的童鞋。本课题旨在通过对6~9岁具有生理性扁平足儿童足底压力规律的研究,设计出一款能够对其进行逐步干预的足弓支撑垫,并通过运动生物力学方法对其功能进行验证。在此基础上,结合抗扭转原理,自主设计并制作抗扭转部件,并附加于自主设计的童鞋中,采用物理-机械方法对成鞋抗扭转功能进行测试验证,最终设计出一款能够在运动过程中稳固后跟、降低足踝扭伤风险的机能童鞋。课题研究内容主要包括以下几点:(1)童鞋市场调研分析选取国内外几个知名儿童机能鞋品牌进行调研,从结构设计、材料应用、功能设计、成本价格四个层面出发,总结国内市场上现有儿童机能鞋的现状,童鞋产品的款式性能、存在问题、与国内外同类产品之间的差异以及合理改进思路。(2)儿童足底压力研究及分析对采集到的300例6~9岁儿童的足印图进行足长、足宽的测量,采用划线法从中筛选出16名轻度扁平足儿童和7名正常足儿童作为初步测试的对象。对23名受试儿童的足弓高度进行测量,并通过运动生物力学试验对其足弓部位峰值压力、峰值压强,前掌、足弓、后跟接触面积百分比等数据进行采集,通过统计学方法对所采集到的数据进行分析处理,以对比并得出扁平足与正常足在足部生理特性、发育特点等方面的差异。(3)足弓支撑垫材料的筛选、结构设计及制作通过查阅文献和市场调研,选取6种市场上应用广泛、性价比高、性能良好的发泡材料作为本次实验的待测材料,分别对其硬度、回弹性、减震性进行测试,根据测试所得数据进行对比,从中确定3种满足研究需求的材料。以扁平足儿童的足弓高度区间为依据,确定足弓支撑垫的足弓高度,结合逐级干预的思路将其足弓部位设计为层叠式结构;后跟为增加缓冲减震功能设计为复合材料结构,并制作出试验用垫。(4)抗扭转部件、机能童鞋的设计及制作以国内外抗扭转功能文献作为理论支撑,从结构设计和材料选择两个方面完成抗扭转部件的设计和制作。结合前期市场调研结果,从童鞋结构设计、鞋材选择、底部件选材三个方面,设计并制作出适合该年龄段儿童日常穿着需要的童鞋,并将抗扭转部件附加在试验用鞋上,开发出一款具有稳固后跟、降低足踝扭伤风险的机能童鞋。(5)足弓支撑能力、后跟减震能力的验证本课题的验证试验采用跟踪测试方法,首先对80名儿童进行足部数据采集,之后从中选择12名轻度扁平足儿童进行为期6个月的足弓支撑垫试穿。整个跟踪过程中共进行6次测试,使用Novel-Pedar鞋垫式足底压力测试系统,每次测试中获取足弓部位峰值压力、峰值压强和接触面积百分比,采用统计学手段纵向对比数据,以表征足弓支撑垫是否对扁平足起到干预作用;在测试过程中同时采集受试儿童在穿测试鞋垫和普通鞋垫时后跟处峰值压力、峰值压强,采用统计学方法横向对比每次测试时的数据,以表征其是否起到缓冲减震作用。(6)成鞋抗扭转能力的验证使用高铁GT-7011-PAC成鞋抗扭转设备,分别对后跟有无抗扭转结构的两种童鞋进行测试,测试结果显示有抗扭转结构的童鞋扭转力矩比普通童鞋高出10%,即说明该儿童机能鞋能够达到保护儿童足踝,降低扭伤率的作用。研究结论总结为以下几点:(1)扁平足儿童的足弓高度区间为9~13mm,正常足儿童的足弓高度区间为15~20mm。在自然行走时,扁平足的足底各区域接触面积百分比与正常足不同(P0.05),扁平足足弓处的压力高于正常足(P0.05),且足弓部分接触面积百分比高于正常足(P0.05),而前掌、后跟接触面积百分比均低于正常足(P0.05)。(2)足弓支撑垫基垫的前掌厚度为3mm,后跟厚度为5mm,足弓厚度为9mm。除基垫外单独设计两个厚度为2mm的薄片结构,与足弓支撑垫叠加使用,能够满足足弓高度在9~13mm区间范围内的扁平足儿童,增加了足弓支撑垫对不同足部的包容性,且能够对扁平足起到逐级干预的效果。(3)为期6个月的试穿跟踪测试结果显示:随着试穿时间的增加,足弓处峰值压力、峰值压强和足弓接触面积百分比这三项指标均有显著降低,从而表征了受试儿童的扁平足程度在一定程度上有所减轻。穿测试鞋垫时的后跟峰值压力、峰值压强较穿普通鞋垫时显著降低,则说明测试鞋垫后跟的减震缓冲性能更佳。(4)抗扭转测试结果表明:与常规童鞋相比,本课题所设计研发的童鞋扭矩提高了10%,证实了该产品可以在一定程度上稳固后跟、降低足踝扭伤风险。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS943.723
【图文】：

技术路线图,课题,儿童,童鞋

扭转功能文献作为理论支撑，从结构设计和材料选择两制作。结合前期市场调研结果，从童鞋结构设计、底部个方面，设计出适合该年龄段儿童日常穿着需要的，具能童鞋，并制作出试验用鞋。支撑能力、后跟缓冲性能及抗扭转能力的验证物力学测试获取数据表征足弓支撑力、后跟缓冲性能和实验测量抗扭转能力。采用合理统计学手段对力学数据的穿着感受作为主观参考依据，共同表征最终儿童机能创新点在于针对 6~9 岁具有生理性扁平足的儿童足底压款能够对其进行逐级干预的足弓支撑垫，并设计及制作扭伤的儿童机能鞋。路线图体技术路线如图 1-1 所示：

扁平足,儿童

基于运动生物力学的儿童机能鞋研究足儿童足底压力特征研究测试筛选前期研究中采集到的 300 例 6~9 岁儿童的足印图进行足长、足足型进行分类，可分为四种类型：正常足，轻度扁平足，中度对 300 例扁平足儿童的足印图分析结果中可知：轻度扁平足共双脚均为扁平足的儿童有 75 人，占 25%；单脚扁平足的儿童有可知扁平足儿童在儿童群体中占比重较大，儿童的扁平足问题示为在筛选足印图的过程中，轻度扁平足和正常足的足印图：

基于运动生物力学的小学生机能鞋研究

正常足足印图

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