● 摘要
针对部队和武警对抗坠靴的需求，本文探讨了人体坠撞损伤因素，研究了抗坠靴的设计方法。本文对人体高处跳下的着陆过程作了基本分析，引用了调查数据，得到足部与下肢为最危险的部位。本文归纳了人体撞击着陆损伤的原因及致伤机理。引用LS-DYNA的假人模型模拟了整个坠撞过程，证明了上文着陆动作分析的合理性，提出了最佳的下跳动作过程。依据头颈部、脊柱和下肢骨的损伤判据，总结了损伤判据的基本特点。本文明确了吸能材料选择和吸能结构设计中的一般原则，对波纹管作了准静态压缩实验，依据有限元模拟和实验结果，论述和对比了金属薄壁圆柱壳、波纹管和低密度泡沫材料的吸能缓冲特点，最后选择了低密度泡沫作为靴底的主要材料。分析了泡沫材料在缓冲效应方面的局限性，引入了缓冲结构。对聚氨酯气垫材料做了准静态拉伸实验，使用了MSC.DYTRAN的流固耦合功能，对气垫受冲击的全过程进行了模拟和分析。基于抗坠靴底设计中几个关键参数，本文为对靴底进行了最终设计和优化。最优方案为泡沫材料和气垫搭配使用。最后通过相关生物力学判据证明了抗坠靴设计的合理性。