篮球鞋鞋底结构与减震性能关系的研究

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篮球是一项对鞋的要求较为苛刻的运动,合适的篮球鞋是篮球运动爱好者的必要装备。运动生物力学研究及大量的运动实验结果表明:减震是篮球鞋最主要的功能之一。通过避震性较佳的篮球鞋来降低冲击力成为选购篮球鞋的重要考量。篮球鞋的减震系统是利用鞋底底材的减震特性,通过对篮球鞋鞋底结构进行特殊设计,从而使人体的体重合理分布到足底,同时也避免了过大的地面冲击力通过下肢传递到中枢神经,进而对大脑产生震荡,减少了伤害。鉴于此,本论文从篮球鞋鞋底结构与减震性能关系的角度入手,探讨两者之间的关系,以期为减震篮球鞋的功能设计和改良提供科学依据。首先本课题运用Footscan平板式足底压力分析测试仪,以裸足测得的实验数据为基准,考察了穿着三种减震篮球鞋在前掌、中足及后跟区域减震性能的差异,根据相关性分析和百分比分析得出三种减震篮球鞋的减震优劣次序;然后运用Footscan insole鞋垫式足底压力分布测量系统,以裸足和穿普通篮球鞋测得的实验数据为基准,考察了穿三种减震篮球鞋在前掌、后跟区域减震性能的差异,根据相关性分析和差异性分析得出最终的减震优劣次序;综合以上两种测试方法,抽取共同的测试指标(即峰值压强),通过对急停和高抛投时“鞋-地”界面与“足-鞋”界面动力学参数差值进行比较分析,得出三种减震篮球鞋在前掌、后跟区的减震性能差异;其次运用冲击试验机,通过计算撞击力峰值以及G值(G=A/g即冲击产生的最大加速度/重量加速度),来评价三款鞋底的减震性能;再次通过试穿及问卷的形式,根据受试者主观等级评价,得出普通篮球鞋和三款不同鞋底结构减震篮球鞋的减震舒适度排序;最后综合客观测试和主观测试结果,对不同鞋底结构篮球鞋的减震功效进行综合评价,并根据分析结果对减震鞋底的设计提出新的设想。研究结果表明:(1)通过平板式足底压力步态分析系统试验,即足(鞋)-地界面间的力值参数特征,选取篮球运动中典型且对减震性有特殊要求的动作,即急停和高抛投,将足底分为三个区域,即后跟、前掌、中足,结合相关性分析和百分比分析得出减震性能排序如下:针对前掌部位:鞋2>鞋1>鞋3,表明鞋2前掌的气垫起到了很好的减震功效;针对后跟部位:鞋1>鞋2>鞋3,表明鞋1后跟部位的芯技术起到了一定的减震功效;针对中足部位,均显示裸足的减震性要优于3种篮球鞋,进而表明3种篮球鞋在中足部位的减震性体现的不明显。(2)以冲量百分比作为衡量篮球鞋减震性能的指标,其结果显示:针对前掌部位,相对裸足,冲量百分比下降高达15.24%,后跟,冲量百分比下降可达32.76%;以峰值压强百分比为指标,其结果显示:前掌,峰值压强百分比下降高达11.94%,后跟,峰值压强百分比下降可达4.08%。(3)通过压力鞋垫试验,即足-鞋界面间的力值参数特征,再结合平板式足底压力步态分析系统试验结果,将足底分为两个区域,即后跟和前掌,结合相关性分析和差异性分析得出:三种不同鞋底结构篮球鞋减震效果存在显著差异,针对前掌部位的减震效果顺序为:鞋2>鞋1>鞋3;针对后跟部位的减震效果顺序为:鞋1>鞋2>鞋3,与平板式足底压力步态分析系统试验得出的结论相一致。(4)通过平板式足底压力步态分析系统和压力鞋垫的横向对比试验,得出:以峰值压强差值作为衡量鞋类减震性能的指标,在急停和高抛投动作下,后跟区的“鞋-地”界面与“足-鞋”界面的平均峰值压强差值,鞋1最大,鞋2其次,鞋3最小,得出后跟区鞋1减震性最好,鞋2次之,最差的是鞋3;针对前掌区,得出鞋2减震性最佳,鞋1次之,鞋3最差。三款不同篮球鞋的动力学指标之间存在显著性差异。(5)通过冲击减震试验,排除人为因素的影响,得出:以最大撞击力峰值及G值作为衡量鞋类减震性能的指标,针对后跟部位,鞋1具有最佳的减震效果,鞋2其次,鞋3居末。前掌部位则受限于测试仪器精度及鞋底材料属性的要求,最终没能完成测试。(6)通过主客观综合评价法,得出:穿鞋2的减震舒适度要优于鞋1和鞋3,穿鞋1和鞋3的减震舒适度要优于普通篮球鞋,减震鞋底在设计时前掌部位可借鉴气垫结构,后跟部位可借鉴芯技术,在材料选取方面可采用缓冲震动的基料或底材,将这种材料加在鞋的中底处。
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