鞋底結構設計之避震反彈分析

在運動過程中，鞋底是人體與足部接觸最頻繁的部份，因此鞋底好壞便直接影響到足部的受力，目前鞋底避震之結構設計皆是以「嘗試錯誤」的方式進行，選擇所要用鞋底材料及結構形狀製造成鞋底成品，再測試其避震及反彈能力，此方法必須反覆設計、製造及實驗直到符合要求；過程過於耗損人力物力及時間，且不易達到最佳化之設計，其中鞋底開模的模具費用更是非常龐大，因此影響設計者創新設計之意願，為了能以更經濟有效的方法了解鞋底的效能，本研究以有限元素法作動態的模擬，並配合撞擊實驗去獲得加速度值和反彈高度值，兩者互相比較去驗證有限元素的模擬值。並針對鞋底與足底的接觸面積預測，以了解接觸面積是否與鞋子性能有關。本研究針對三種鞋底結構去建立二度空間的模型，分別為實心梯形圓柱、不同實心圓柱、中空圓柱三種模型，並將撞擊頭依現有尺寸建立出有限元素模型，模擬輸出資料為碰撞加速度、反彈高度、撞擊時間及反彈時間。完成驗證後，便再作接觸面積的測試，即將接觸面積分成100%，75%，60%三個不同模型，以模擬不同接觸面積的效應。其結果就反彈高度而言，以實心梯形圓柱的反彈高度最高達50.9%，且實驗值與電腦模擬值相近。對碰撞加速度而言，則以中空圓柱模型所獲得的值最大。而在時間方面，兩者的撞擊時間相近，但反彈時間相差約0.03秒，而之所以發生反彈時間有稍許差異，其因素可能是模型在撞擊時發生挫屈效應，致使反彈時間延長。在預測接觸面積結果發現，以接觸面積75%的模型所獲得的反彈高度及碰撞加速度值最大，因此建議可就此接觸面積的大小去設計一個實體模型，以進一步了解是否這樣的接觸面積可獲得較佳的反彈高度值及碰撞加速度。