基于abaqus的足骨有限元分析研究.docx

第22卷增刊2计算机辅助工程Vol.22Suppl.2

论文所属行业:其他

基于abaqus的足部有限元分析研究

周俊杰，郭朋飞

(郑州大学化工与能源学院，河南省，郑州市450000)

摘要：通过Engauge软件从CT图像上提取出成年男子足部轮廓数据，根据得到的数据运用Solidworks建

立足部模型，然后利用有限元软件Abaqus进行应力分析。经过人体站立及承受碾压力时足部受力情况的

分析,结果表明：成年男子站立时最大应力及变形均在跖骨，应力为0.919MPa，变形为1.19mm；足部承受

100N碾压力时，跖骨的最大应力为2.635MPa，碾压力为1000N时，跖骨的最大应力已达到23.572MPa。最

终得到结论，人体足部受到碾压时，跖骨极易出现损伤。

关键词：足部；Abaqus；有限元；应力分析

中图分类号：R6

ResearchontheFiniteElementAnalysisofFootbasedonAbaqus

ZhouJunjie,GuoPengfei

(ChemicalandEngineeringInstituteofZhengZhouUnivercity,ZhengZhou450000)

Abstract：ThroughthesoftwareEngaugeextractingdataofadultmale’sfootcontourfromCTimage.Thefoot

modelhasbeenbuiltbasedontheextactingdatawithSolidworks.Thenthestressconditionsofhumanfoothave

beenconductedonanalysiswithfiniteelementsoftwareAbaqus.Throughtheanalysiswhenstandingandunder

rollingpressure.Theresultsshowthatwhenadultmalestanding,themaximumstressanddeformationisatthe

metatarsal,andthestressis0.919MPa,thedeformationis1.19mm;Whenhumanfootunderrollingpressureof

100N,themaximumstressatthemetatarsalis2.635MPa,Whenhumanfootunderrollingpressureof1000N,the

maximumstressatthemetatarsalis23.572MPa.theConclusionshavebeendrawn：Whenhumanfeetsuffer

rolling,themetatarsaliseasilyinjury.

Keywords：foot;Abaqus;finiteelementanalysis;stressanalysis

在人体上操作的技术难题。人类足部的构造分为三0引言

个部分，即前足部、中足部、后足部。如图1所示，

前足部为趾骨，人在步行时，以前足部抓住地面，随着计算机技术的迅速发展，近年来，有限元

让身体前进。中足部为由第一至第五跖骨形成，各

法被广泛的应用于生物力学的研究之中。作为生物

跖骨都由韧带与骨头部相结合，体重加上去，足弓

力学重要的组成的部分，广大学者对足部生物力学

进行了大量研究，如踝关节损伤[1]、拇指外翻[2]、

扁平足[3]等足部疾病的生物力学研究。但目前对于

会有某种程度的减少，是具有弹力的骨。后足部由

跗骨所组成，由跟骨、距骨、舟骨、第一、第二、

第三楔骨、骰骨等七支骨所形成，再加上强度很高

足部生物力学的研究大多是针对离体标本或人工

的韧带所构成。对于人类直立时的安定感的控制起

模型，对韧带、关节上的力不能量化观察，对骨骼

重要作用[5]。本文主要致力于研究人体足部站立及

内部的受力情况也难以得到，造成了研究成果的不

全面[4]。而有限元法的引进，解决了这些不能直接

碾压工况下足部的受力情况

收稿日期：2013-08-07

作者简介：周俊杰（1974—），男，河南人，副教授，研究方向为CAE/CFD分析，(E-mail852849778@;

郭朋飞（1988—），男，河南人，硕士研究生，研究方