CN108464571A - 一种鞋体材料结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种鞋体材料结构，所述鞋体材料结构包括多个胞体单元，每个所述胞体单元包括至少两个框体，所述框体交叉设置，每个所述框体的内侧面拐角处设有向外凹陷的凹口，所述凹口与所述框体的内侧面之间通过弧形表面过渡连接。在走路、跑步或运动时，框体结构中的凹口提供缓冲空间，提供很好的减震性能，减震过程后，弧形表面开始接触，让材料总体变硬从而在蹬伸阶段提供有效的物理支撑或反弹作用，既能提供良好的减震性能，同时也能提供良好的能量反弹以提供良好的蹬伸效能，带来减震及运动表现的全新功能体验。
Description
技术领域
本发明涉及材料结构领域，尤其涉及一种鞋体材料结构。
背景技术
随着运动爱好者对运动参与及运动装备等需求日益增加，为了提高运动表现和加强运动损伤的防护，运动鞋的功能设计一直是制造者追求的目标之一，其中，鞋的减震功能尤为重要，它能提升穿着舒适性，以及有效地缓冲走路，跑步或运动时触地瞬间的冲击力，这有助于降低人体损伤的风险，为满足鞋底或鞋垫缓冲性能，一般可采用较软的或吸震性较好的减震材料，但这样的材料却不一定能提供良好的能量反弹以满足运动表现的需求。
迄今为止，基于运动鞋减震的研究也有很多，但总体来说主要集中在两个方面，一种是外观结构减震，即通过特殊外观结构在外力作用下的变形，来延长鞋底冲击力作用时间，从而降低触底瞬间冲击力峰值，减少足底对膝盖的伤害；另外一种是通过缓冲性能较好的软质材料来实现减震功能；但是无论是上述哪一种，都无法突破传统材料变形机制(即牛顿物理定律)的限定，这意味着材料功能改善的空间也大大的受限，减震性能提高时会影响能量反弹的蹬伸性能，不能很好的满足减震(一般较软)及蹬伸效能(一般较硬)的需求。
发明内容
本发明实施例提供一种材料结构，能提供良好的减震性能，同时也能提供良好的能量反弹以提供良好的蹬伸效能。
本发明实施例采用下述技术方案：一种鞋体材料结构，所述鞋体材料结构包括多个胞体单元，每个所述胞体单元包括至少两个框体，所述框体交叉设置，每个所述框体的内侧面拐角处设有向外凹陷的凹口，所述凹口与所述框体的内侧面之间通过弧形表面过渡连接。
进一步地，所述凹口为圆柱形表面，所述凹口在朝向所述框体内侧中心的方向设有长形的开口，在该开口处，所述凹口分别与所述框体的两个内侧面通过弧形表面过渡连接。
进一步地，所述弧形表面相对设置，弧形表面之间设有预定距离。
进一步地，所述胞体单元包括第一框体和第二框体，所述第一框体和所述第二框体在各自的中心线处垂直交叉设置。
进一步地，所述框体的长度为L，所述框体的厚度为T，所述框体的厚长比T/L的范围为10％-20％之间。
进一步地，所述多个胞体单元在第一方向上对准排列，所述多个胞体单元在第二方向和第三方向上分别交错排列，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向分别为三维空间的三个方向。
进一步地，所述第一方向为受力方向。
进一步地，在所述第一方向上，多个胞体单元的中心线对准，相邻设置的胞体单元的框体分别对准且相互抵接。
进一步地，在所述第二方向和所述第三方向上，多个胞体单元的中心线平行，胞体单元的框体的一部分与相邻胞体单元的框体的一部分抵接，胞体单元的框体的另一部分与相邻的另一胞体单元的框体的一部分抵接。
进一步地，所述框体为软质材料框体。
本发明实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：本发明中，在走路、跑步或运动时，框体结构中的凹口提供缓冲空间，提供很好的减震性能，减震过程后，弧形表面开始接触，让材料总体变硬从而在蹬伸阶段提供有效的物理支撑或反弹作用，既能提供良好的减震性能，同时也能提供良好的能量反弹以提供良好的蹬伸效能，带来减震及运动表现的全新功能体验。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明中胞体单元的结构图。
图2为本发明中框体的主视图。
图3为图1的俯视图。
图4为本发明中鞋体材料结构的部分结构图。
图5为本发明中第一方向、第二方向和第三方向的示意图。
图6为本发明中第一方向上的胞体单元的排列示意图。
图7为本发明中第二方向上的胞体单元的排列示意图。
图8为本发明中第三方向上的胞体单元的排列示意图。
图9为本发明中的鞋体材料结构的双峰特性图。
其中：
1 胞体单元
10 框体
11 第一框体
12 第二框体
101 凹口
102 弧面
103 内侧面
104 外侧面
L 胞体单元的框体的长度
L2 凹口圆心到胞体单元外侧面的长度为，
L3 胞体单元的框体的内侧面到外侧面的距离为，
R 凹口的半径
D 弧形表面之间的预定距离，
T 胞体单元的框体的厚度
Z 第一方向
X 第二方向
Y 第三方向
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
如图1-8所示所示，本发明实施例提供了一种鞋体材料结构，如图4所示，所述鞋体材料结构包括多个胞体单元1，如图1所示，每个所述胞体单元1包括至少两个框体10，所述框体10的中间部分为空的为材料结构提供收缩空间，所述框体10优选为方形的，所述框体10交叉设置，每个所述框体10的内侧面103拐角处设有向外凹陷的凹口101，所述凹口101与所述框体10的内侧面103之间通过弧形表面102过渡连接。在走路、跑步或运动时，鞋体材料结构受到向下的力，框体10中的凹口101提供缓冲空间，鞋体材料结构先在该缓冲空间范围内被压缩，由于是空的凹口101提供缓冲空间，减震效果明显，从而提供很好的减震性能，在减震过程后，随着压缩的继续，弧形表面102开始接触，让材料总体变硬从而在蹬伸阶段提供有效的物理支撑或反弹作用，从而提供很好的蹬伸新能，且由于是弧形表面102逐渐过渡不会引起很大的冲击使得由减震到蹬伸阶段平稳过渡，因此本发明的材料结构既能提供良好的减震性能，同时也能提供良好的能量反弹以提供良好的蹬伸效能，带来减震及运动表现的全新功能体验。
所述的凹口101可以为各种弧形的凹陷表面，以提供平稳过渡，如图1、图2所示，优选为圆柱形表面，使得受力均匀延伸到框体，所述凹口101在朝向所述框体内侧中心的方向设有长形的开口，在该开口处，所述凹口101分别与所述框体10的两个内侧面103通过弧形表面102过渡连接，以在凹口101的缓冲空间提供减震后，避免框体10的内侧面103突然接触产生冲击力，图1、图2中凹口101和弧形表面102的结构的形状仅用于举例说明，并不起限定作用。
所述弧形表面102相对设置，弧形表面102之间设有预定距离D，鞋体材料结构受到压缩后，凹口101提供缓冲减震的同时，该相对设置的弧形表面102之间的距离逐渐缩小，减震后，相对设置的弧形表面102之间的距离逐渐缩小至零，相对设置的弧形表面102相互接触，从而进入蹬伸阶段提供支撑和能量反弹，该预定距离根据鞋的类型、功能、适用人群等确定，本发明并不限定该预定距离D的大小。
所述胞体单元1可包括多个框体10连接而成，可选的所述胞体单元1可包括沿圆周均匀分布的多个框体10，本发明以两个框体10为例进行说明，所述胞体单元包括第一框体11和第二框体12，所述第一框体11和所述第二框体12在各自的中心线处垂直交叉设置。第一框体11和第二框体12围成中空的空间，为胞体单元1提供收缩空间，胞体单元1的上下表面受力，受力后胞体单元1的凹口101提供缓冲减震，而后凹口101开口处的相对设置的弧形表面102开始接触，然后平稳过渡至框体10的内侧面103接触，受力后，胞体单元1的中部向胞体单元1的内部收缩，即胞体单元1的内部设置有供其自身结构收缩的空间，保证了提供减震的空间，同时框体10的内侧面103接触后使得材料变硬提供能量反弹和支撑。
如图2、图3所示，所述框体10的长度为L，所述框体10的厚度为T，所述框体10的厚长比T/L的范围为10％-20％之间。所述框体10的长度、厚度、凹口101的半径、凹口101的位置等根据鞋的类型、功能、适用人群等确定，本发明并不限定上述参数的大小。制造时，可根据鞋的类型、功能、适用人群等计算出各参数的大小，然后根据各参数来制造生产该材料。
如图5所示，以Z方向表示第一方向，X方向表示第二方向，Y方向表示第三方向，以第一方向、第二方向和第三方向分别代表三维空间的三个方向。所述第一方向为受力方向。通常第一方向为材料的厚度方向，所述多个胞体单元1在第一方向上对准排列，所述多个胞体单元1在第二方向和第三方向上分别交错排列，为简单起见，图6-图8分别示意性地示出了胞体单元1的排列结构，其中并未详细体现胞体单元1的结构。如图6所示，在所述第一方向上，多个胞体单元1的中心线对准，相邻设置的胞体单元1的框体10分别对准且相互抵接。如图7、图8所示，在所述第二方向和所述第三方向上，多个胞体单元1的中心线平行，胞体单元1的框体10的一部分与相邻胞体单元1的框体的一部分抵接，胞体单元1的框体10的另一部分与相邻的另一胞体单元1的框体的一部分抵接。受力时，胞体单元1在第一方向上的上表面和下表面之间的中部向内部收缩(图中未示出)，即胞体单元1的内部设置有供其自身结构收缩的空间，保证了提供减震的空间，同时框体10的内侧面103接触后使得材料变硬提供能量反弹和支撑。
所述框体10为软质材料框体，如橡胶、软质塑料等。本发明并不限定软质材料的类型。本发明的材料结构可用在跑步鞋、健步鞋、篮球鞋以及健身鞋等系列运动鞋上，以在跑步鞋、健步鞋、篮球鞋以及健身鞋等系列运动鞋上提供很好的减震性能，同时提供良好的蹬伸反弹性能。
如图2、图3所示，胞体单元1的框体10的长度为L，凹口101的圆心到胞体单元1的外侧面104的长度为L2，胞体单元1的框体10的内侧面103到外侧面104的距离为L3，凹口101的半径为R，弧形表面102之间的预定距离为D，胞体单元1的框体10的厚度为T，其中L，L2，L3，R，D，T为控制参数。不同的控制参数组合即代表不同的结构。例如以下参数组合可作为一组设计参数值使用：L＝3.63mm，L2＝0.23mm，L3＝0.38mm，R＝0.091mm，D＝0.058mm，T＝0.45mm。上述参数并不作为本发明的限定，仅作为举例说明。
作为一种可能的实施方式，本发明可以利用数值有限元方法设计出材料结构模型，并对模型进行动/静态力学行为仿真及胞体单元结构优化设计，使其在减震过程后(一般为50毫秒后)模型胞体单元的框体之间发生接触，优化得出胞体单元的框体的各个参数值，有限元方法可以对大多数实际问题得到可接受的数值解，进而作为分析优化的基础。优化方法建立在基础力学理论(应力应变关系、屈曲等力学规律)和有限元方法的基础上。通过有限元方法来模拟优化效果，进而大幅度节省结构设计的时间、资金消耗，为产品设计定型提供可以参考的模拟结果。利用数学离散近似的思想对真实物理系统(几何、工况)的变化及反应建立相应的数学模型，而后计算得到可接受的数值，从而对真实情况进行模拟。
计算出胞体单元1的参数后可通过3D打印的方式制造本发明所述的鞋体材料结构。
采用本发明所述的材料结构，冲击峰值加速度可达到6.73m/s2，能量反弹可达到44.72％，明显优于传统鞋体材料。除材料参数外，结构的力学性能的自适应的变化过程(刚度自适应变化)与传统鞋体材料有明显区别，如图9所示，在落球压缩实验过程中，具有明显的双峰特性，缓冲性能优异，使其在实际穿戴体验上性能大幅提升。
本发明提供的鞋体材料结构为具有负泊松比功能的材料结构。具有负泊松比功能的材料结构较传统材料具有更多特殊而优越的性能，如剪切模量大、断裂韧度高、疲劳耐久性好、吸能效率高、比强度和比刚度高以及不易产生凹痕等优点。进一步地，本发明中在走路、跑步或运动时，鞋体材料结构受到向下的力，框体10中的凹口101提供缓冲空间，鞋体材料结构先在该缓冲空间范围内被压缩，由于是空的凹口101提供缓冲空间，减震效果明显，从而提供很好的减震性能，在减震过程后(一般为50毫秒后)，随着压缩的继续，弧形表面102开始接触，让材料总体变硬从而在蹬伸阶段提供有效的物理支撑或反弹作用，从而提供很好的蹬伸新能，且由于是弧形表面102的逐渐过渡不会引起很大的冲击使得由减震到蹬伸阶段平稳过渡，使得冲击峰值加速度和能量回弹效果提升，因此本发明的材料结构既能提供良好的减震性能，同时也能提供良好的能量反弹以提供良好的蹬伸效能，带来减震及运动表现的全新功能体验。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种鞋体材料结构，其特征在于，所述鞋体材料结构包括多个胞体单元，每个所述胞体单元包括至少两个框体，所述框体交叉设置，每个所述框体的内侧面拐角处设有向外凹陷的凹口，所述凹口与所述框体的内侧面之间通过弧形表面过渡连接。
2.根据权利要求1所述的鞋体材料结构，其特征在于，所述凹口为圆柱形表面，所述凹口在朝向所述框体内侧中心的方向设有长形的开口，在该开口处，所述凹口分别与所述框体的两个内侧面通过弧形表面过渡连接。
3.根据权利要求2所述的鞋体材料结构，其特征在于，所述弧形表面相对设置，弧形表面之间设有预定距离。
4.根据权利要求1所述的鞋体材料结构，其特征在于，所述胞体单元包括第一框体和第二框体，所述第一框体和所述第二框体在各自的中心线处垂直交叉设置。
5.根据权利要求4所述的鞋体材料结构，其特征在于，所述框体的长度为L，所述框体的厚度为T，所述框体的厚长比T/L的范围为10％-20％之间。
6.根据权利要求1所述的鞋体材料结构，其特征在于，所述多个胞体单元在第一方向上对准排列，所述多个胞体单元在第二方向和第三方向上分别交错排列，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向分别为三维空间的三个方向。
7.根据权利要求6所述的鞋体材料结构，其特征在于，所述第一方向为受力方向。
8.根据权利要求7所述的鞋体材料结构，其特征在于，在所述第一方向上，多个胞体单元的中心线对准，相邻设置的胞体单元的框体分别对准且相互抵接。
9.根据权利要求7所述的鞋体材料结构，其特征在于，在所述第二方向和所述第三方向上，多个胞体单元的中心线平行，胞体单元的框体的一部分与相邻胞体单元的框体的一部分抵接，胞体单元的框体的另一部分与相邻的另一胞体单元的框体的一部分抵接。
10.根据权利要求1所述的鞋体材料结构，其特征在于，所述框体为软质材料框体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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