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| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 趙聖德(Sheng-Der Chao) | |
| dc.contributor.author | Zhi-Cheng Yu | en |
| dc.contributor.author | 余志成 | zh_TW |
| dc.date.accessioned | 2022-11-25T05:34:44Z | - |
| dc.date.available | 2025-01-25 | |
| dc.date.copyright | 2022-02-18 | |
| dc.date.issued | 2022 | |
| dc.date.submitted | 2022-01-27 | |
| dc.identifier.citation | [1]Venkadesan, Madhusudhan, et al. 'Stiffness of the human foot and evolution of the transverse arch.' Nature 579.7797 (2020): 97-100. [2]Miyamoto, Michael M., et al. 'Molecular systematics of higher primates: genealogical relations and classification.' Proceedings of the National Academy of Sciences 85.20 (1988): 7627-7631. [3]Hong XW, Zhang YP, Chu YW, et al. [Complete sequence determination and phylogenetic analysis of FKN among seven higher primates including homonids and Old World Monkeys]. Yi Chuan = Hereditas. 2008 May;30(5):595-601. [4]Seymour, Roger S., Vanya Bosiocic, and Edward P. Snelling. 'Fossil skulls reveal that blood flow rate to the brain increased faster than brain volume during human evolution.' Royal Society open science 3.8 (2016): 160305. [5]Ferguson, Walter W. 'A new species of the genus Australopithecus (Primates: Hominidae) from Plio/Pleistocene deposits west of Lake Turkana in Kenya.' Primates 30.2 (1989): 223-232. 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| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/82048 | - |
| dc.description.abstract | 人在行走和奔跑的過程中，身體的運動會對腳部造成強烈的衝擊力，但是我們的雙腳異常堅韌，在推進身體的同時不會出現較大的形變。對於足部剛度的貢獻，人們普遍關注足縱弓(longitudinal arch)的拱型結構包括維持縱弓型態的足底筋膜(plantar fascia)、足底長韌帶(long plantar ligament)、足底短韌帶(short plantar ligament)以及跟舟韌帶(calcaneonavicular ligament)。然而，最近Venkadesan[1]以及其同事的一份研究表明，早期人類堅韌的腳對於雙足運動的進化起到至關重要的作用，而這種堅韌來源於常常被忽略的橫向足弓(transverse arch)。研究結果表明，足橫弓的貢獻超過了腳部剛度的40%，等同於縱向足弓甚至超過縱向足弓對足部剛度的貢獻。 為了描述足部靜態加載的研究數據，我們基於足部解剖結構以具有橫向高度差的三根剛性折杆並在杆上連接斜向“韌帶”以及縱向“彈簧”，以此為力學模型描述了實驗中得到的橫、縱向足弓所負責的足部剛度，斜向“韌帶”的幾何特性解釋了足部准靜態實驗加載過程中加載曲線的非線性。除此之外，我們以Hill黏彈性本構作為斜向“韌帶”的本構方程，描述了實驗數據中觀察到的遲滯現象(Hysteresis)。為了尋找理論模型中的參數，我們透過ANSYS APDL 15.0 逕行數值模擬找到了彈簧的勁度係數，最終以理論模型擬合了不同腳的准靜態加載曲線。我們建立的力學模型或許對假肢設計，平底足疾病分析以及人體運動中足部軟組織的能量消問題研究具有積極意義。 | zh_TW |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2022-11-25T05:34:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 U0001-2401202223464900.pdf: 4710511 bytes, checksum: 79fed864b3b0a1611cdd65b7059a8248 (MD5) Previous issue date: 2022 | en |
| dc.description.tableofcontents | 目錄 口試委員會審定書 ……………………………………………………………………# 致謝 ……………………………………………………………………………………i 中文摘要………………………………………………………………………………ii 英文摘要…………………………………………………………………………… iii 目錄 ……………………………………………………………………………………v 圖目錄 ………………………………………………………………………………vii 表目錄…………………………………………………………………………………ix 第一章 導論 1 1.1前言 1 1.1.1人類進化背景 1 1.1.2人類進化背景總結 4 1.2人獨有的足弓 4 1.2.1足弓結構 4 1.3足弓的研究進展 6 1.3.1縱向足弓(MLA) 6 1.3.2橫向足弓(TTA) 7 1.3.3足部剛度與能量問題 8 1.4研究動機 9 1.5論文架構 10 第二章 基本理論 11 2.1黏彈性理論 11 2.1.1黏彈性力學發展 11 2.1.2應力鬆弛 11 2.1.3積分型本構方程 12 2.1.4 Maxwell模型 13 2.1.5廣義Maxwell模型的鬆弛模量函數 13 2.1.6 Hill模型 16 2.2足部力學模型分析與計算 18 第三章 有限元素模擬分析 25 3.1 ANSYS中黏彈材質屬性參數輸入和分析 25 3.1.1 ANSYS中表征黏彈性屬性問題 25 3.1.2 Prony級數形式 26 3.2建立足部有限元模型 29 3.2.1有限元模型的幾何特性 29 3.2.2有限元模型的材料特性 29 3.2.3有限元模型的邊界條件和加載 30 3.2.4有限元模型的後處理 30 第四章 結果與討論 32 4.1理論模型與實驗數據的擬合結果 32 4.1.1用有限元軟體得到縱向彈簧的勁度係數kl 32 4.1.2以2020年實驗數據[1]為初始擬合數據 34 4.1.3以1987年實驗數據[19]為初始擬合數據 37 4.2理論解與數值解與實驗值之比較結果 41 第五章 結論與未來展望 45 5.1結論 45 5.2未來展望 45 參考文獻 47 圖目錄 圖 1 人足橫向曲率演化趨勢[1] ……………………………………………………1 圖 2 腦血流量近三百年的變化趨勢[4] ……………………………………………2 圖 3 人類手部骨骼與足部骨骼的型態變化[24]……………………………………3 圖 4 足弓結構…………………………………………………………………………5 圖 5 負責足弓穩定的主要韌帶………………………………………………………5 圖 6 錨機機制[12]……………………………………………………………………6 圖 7 (a)足受力模型(b)橫向曲率引起剛度示意圖[1] ……………………………7 圖 8 (a)一個典型的魚鰭(b)以梁和彈性膜模擬的魚鰭模擬模型[27]……………8 圖 9 (a)離體腳准靜態加載實驗(b)剪開趾骨間的連接韌帶(c)腳的加載曲線[1]10 圖 10 (a)恆定的應變(b)應力隨時間減少 …………………………………………12 圖 11 Maxwell模型 ………………………………………………………………… 13 圖 12 廣義Maxwell模型 ……………………………………………………………14 圖 13 Hill模型 ……………………………………………………………………… 17 圖 14 足部力學模型前視圖(a)加載前(b)加載後………………………………… 18 圖 15 足部力學模型側視圖………………………………………………………… 18 圖 16 足部自由端加載函數 ……………………………………………………… 19 圖 17 三種case下的足部加載曲線…………………………………………………24 圖 18 有限元分析流程圖…………………………………………………………… 25 圖 19 Prony級數中黏彈性剪切響應參數……………………………………………28 圖 20 Prony級數中黏彈性體積響應參數……………………………………………28 圖 21 足部簡化有限元模型………………………………………………………… 29 圖 22 施加邊界和載荷後的有限元模型示意圖…………………………………… 30 圖 23 五種case下的數值解…………………………………………………………31 圖 24 (a)足部簡化有限元模型(b)自由端的反作用力 ……………………………32 圖 25 (a)平底足簡化有限元模型(b)自由端的反作用力………………………… 33 圖 26 折杆自由端受載荷後的變形圖……………………………………………… 34 圖 27 理論解與2020年實驗數據比較圖 ………………………………………… 35 圖 28 理論解與1987年實驗數據比較圖 ………………………………………… 37 圖 29 負責縱弓穩定韌帶的解剖學位置[37] ………………………………………38 圖 30 理論解和1987年實驗值[19]的對比圖………………………………………39 圖 31 理論解與2020年的實驗數據[1]比較圖…………………………………… 40 圖 32 理論解與數值解和2020年的實驗數據[1]比較圖………………………… 41 圖 33 (a)完整腳三種解比較(b)完整腳剪斷足底筋膜三種解比較……………… 42 圖 33 (c)完整腳剪斷足底筋膜、長足底韌帶三種解比較(d)完整腳剪斷足底筋膜、長足底韌帶、短足底韌帶三種解比較 ………………………………………………43 圖 33 (e)完整腳剪斷足底筋膜、長足底韌帶、短足底韌帶、彈簧韌帶三種解比較……………………………………………………………………………………… 44 表目錄 表 1 足部尺寸參數以及加載函數參數…………………………………………… 23 表 2 三種case所用的參數值………………………………………………………23 表 3 z方向載荷隨時間變化表………………………………………………………30 表 4 五種case所用參數……………………………………………………………34 表 5 理論模型中的固定參數表：完整足、剪斷橫向韌帶 ………………………35 表 6 理論模型中的可調參數表：完整足、剪斷橫向韌帶 ………………………36 表 7 固定參數表：intact、（1）、（2）、（3）、（4）…………………… 36 表 8 可調參數表：intact、（1）、（2）、（3）、（4）…………………… 37 表 9 固定參數表*：intact、（1）、（2）、（3）、（4）……………………38 表 10 可調參數表*：intact、（1）、（2）、（3）、（4）………………… 38 表 11 理論模型中的固定參數表*：完整足、剪斷橫向韌帶…………………… 39 表 12 理論模型中的可調參數表*：完整足、剪斷橫向韌帶 ……………………40 | |
| dc.language.iso | zh-TW | |
| dc.subject | 足縱弓 | zh_TW |
| dc.subject | 人足剛度 | zh_TW |
| dc.subject | 人足模型 | zh_TW |
| dc.subject | 黏彈性結構 | zh_TW |
| dc.subject | 足橫弓 | zh_TW |
| dc.subject | foot model | en |
| dc.subject | foot stiffness | en |
| dc.subject | transverse arch | en |
| dc.subject | longitudinal arch | en |
| dc.subject | viscoelastic structure | en |
| dc.title | 以黏彈性結構為力學模型探究橫、縱向足弓對人足剛度之影響 | zh_TW |
| dc.title | Using the viscoelastic structure as the mechanical model to explore the influence of the transverse and longitudinal arch on the stiffness of the human foot | en |
| dc.date.schoolyear | 110-1 | |
| dc.description.degree | 碩士 | |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 陳國慶(Yi-Chang Lu),施博仁(Homer H. Chen),李皇德(Yu-Chiang Frank Wang),葛宗融(Shang-Hong Lai),(Yen-Yu Lin),(Yen-Yu Lin),(Yen-Yu Lin) | |
| dc.subject.keyword | 人足剛度,足橫弓,足縱弓,黏彈性結構,人足模型, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | foot stiffness,transverse arch,longitudinal arch,viscoelastic structure,foot model, | en |
| dc.relation.page | 51 | |
| dc.identifier.doi | 10.6342/NTU202200192 | |
| dc.rights.note | 同意授權(限校園內公開) | |
| dc.date.accepted | 2022-01-27 | |
| dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
| dc.contributor.author-dept | 應用力學研究所 | zh_TW |
| dc.date.embargo-lift | 2025-01-25 | - |
| 顯示於系所單位： | 應用力學研究所 | |
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|---|---|---|---|
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