脚,常被人称为“人的另一个心脏”,双脚除了支撑身体的重量外,走路及跑步时还起到了杠杆的作用。足底长期承受异常压力,将导致足部病变,如糖尿病足溃疡。足部健康与足底压力分布紧密相关,而与足底接触最为密切的是鞋垫。鞋垫可以长时间影响足部受力且又不需要开刀吃药,所以临床医学上常把鞋垫作为治疗和预防足部病变的保守治疗方法。然而,当前市场上的鞋垫大都是按照一定的型号统一制造的,未考虑到个体的差异性,所以迫切希望根据不同个体的脚型与足底压力分布研究定制化的鞋垫以满足不同人群的需求。本文针对现有鞋垫设计方法的缺陷和市场的需求,提出基于脚型和足底压力分布的鞋垫设计方法,论文的主要研究工作概括如下:(1)研究脚和定制化鞋垫初始模型的建模方法。利用3D扫描仪获取脚的点云模型,并通过逆向工程软件建立脚和鞋垫的几何模型,导入有限元分析软件建立脚和鞋垫的有限元模型,完成了定制化鞋垫初始模型的建立。(2)研究脚与鞋垫的接触过程,分析足底压力分布,提取足底压力数据。从理论上分析了接触问题有限元求解方法并通过有限元软件ANSYS的接触分析模块,模拟静态站立时脚和鞋垫的接触过程,根据数值模拟研究的结果,采用APDL语言提取了足底压力数据。(3)针对现有的局部调整鞋垫方法的不足,采用拉普拉斯变形技术对整个鞋垫表面进行调整,完成了鞋垫的优化设计。首先,成功地解决了具有不同拓扑邻接关系模型之间的映射关系,得到了三角网格顶点上的节点等效应力。其次,建立了足底压力与鞋垫表面凹凸度的映射关系,结合有限元分析结果,采用拉普拉斯变形技术多次调整鞋垫形状得到了最佳化鞋垫。(4)实验验证了最佳化鞋垫足底压力重分布的效果。采用F-Scan鞋垫式足底压力测量系统实测足底压力,通过三组实验对比分析,并与其他学者的研究结果对比分析,验证了最佳化鞋垫相比其它鞋垫足底压力重分布的效果。