运动员穿有减震功能的运动鞋可以缓冲地面冲击力对人体造成的伤害，有助于提高运动成绩。通常每步行1km，一只脚要承受600～700次的重力冲击，若是激烈运动，冲击力就更大。跑步时，脚触地的瞬间，受到地面的冲击力将达到人体重量的2～4倍。这种冲击力在人体内会产生震荡波，对人体各部位造成不同程度的伤害。这就要求运动鞋鞋底要有一定的吸收和降低地面冲击力的功能。如果运动鞋没有良好的减震系统来缓解这种冲击力，一定会使双脚感到疲惫不堪，还会对膝关节、腰、背以及大脑造成冲击伤害。因此，篮球鞋的最主要功能之一就是缓冲减震功能。

研究方法为鞋底减震材料压缩实验。实验对三款篮球鞋的缓冲减震的功能特性进行对比分析，为科学、定量地评价篮球鞋在不同运动状态下的功能特性提供实用参数和标准。

(一)篮球鞋鞋底功能测试实验

参加测试人员样本采用随机抽样的方法，从南京体育学院体育系篮球专业学生中随机抽取1名大学生(男性)参加本次试验。受试者年龄21岁、体重79.338kg、身高183.69cm、足长26.917cm、足宽10.257cm、足弓高5.41cm。测试之前，由测试人员说明本研究的目的、研究方法及试验步骤，在受试者充分了解本研究的试验过程，并进行适应性试验后，测试正式进行。

1.测试鞋种类及选鞋标准

选择有独立减震结构(材料)的篮球鞋并考虑各个品牌篮球鞋的主流减震技术，且鞋底厚度基本相同，选取了安踏“霸道”三代、阿迪达斯TS PROMODEL和耐克FLIGHT96系列的3款篮球鞋，尺码均为US10，即EUR44码。并依次将其编号为ANTA、AD和NIKE。

2.研究方法

对穿着不同品牌篮球鞋足跟部进行受力测量(Novel测力鞋垫)，通过力值对应找出篮球鞋鞋底材料在该状态下的压缩性能(Instron材料力学试验机)，分析不同篮球鞋鞋底在材料、硬度等因素上的差异。

3.测试仪器与设备

使用电子万能材料试验机和压力传感鞋垫。其中，鞋底材料压缩测试采用Instron电子万能材料试验机3367(传感器最大量程为30 000N，使用量程为1 000N，精度为0.3%)。足底压力分布测试采用德国Novel公司的Emed-pedar系列鞋垫式足底压力测量系统。数据采集频率为100 frame/sec，每只鞋垫表面分布99个压力传感单元，通过电缆线与控制盒相连，控制盒执行读取、记录、发送、同步输出数据等功能，当分布于两只鞋垫上的所有198个传感器同时工作时，最高采集频率为100Hz。

4.实验方法与步骤

(1)运动员穿不同品牌篮球鞋进行行走，通过测力鞋垫找出足跟刚接触地面时、整个足跟着地时、全足着地时的力值大小。

(2)在Novel鞋垫足跟部选取9个传感器(标号为8、9、10、15、16、17、22、23和24)作为测试区域，在鞋垫上做好标记，并计量面积为2 048mm2(64mm×32mm);根据鞋底的标记区域，制作一个与标记区域相匹配的不锈钢压头。

(3)在Instron自动控制电子万能试验机进行鞋的材料压缩试验，鞋试样为试用3种不同硬度的鞋底后跟。本试验以5mm/min速度对试样施加预载荷，当载荷达到600N时进行卸载，预调处理5次。预调处理完成后，再加载至600N计算鞋的弹性模量。计算机程序设定从时间(t0)开始采集数据，每0.01s采集一个数据，历时72s，试样的弹性模量曲线经计算机进行曲线拟合(图6-13)。

(4)应力松弛试验以5mm/min速度对试样施加预载荷，当载荷达到300N时进行卸载，预调处理5次。预调处理完成后，加载至300N后变速度50mm/min，加载至1 000N后，使应变保持恒定，计算机程序设定从时间(t0)开始采集数据，每0.01s采集一个数据，历时72s。

(5)以.xls格式保存鞋底材料压缩试每一时刻的载荷和位移值，做出载荷—位移曲线，并结合足底压力中的有关数据对曲线进行对应分析。

图6-13　足跟部面积单元格图

5.分析方法与结果

实验时将三双篮球鞋的压缩行为在步态中，针对足跟受力，选取三个时刻进行分析，分别是①足跟着地刻:在足跟着地时相内，指足接触地面的瞬间。②全跟着地刻:指足跟全部接触地面的瞬间，足跟进入支撑阶段的时间段;③全掌着地刻:足首次触底之后重心由足跟向全足转移的时间段;在全掌着地时相内，指足跟触底之后，足向前滚动，足前掌(跖骨)接触地面的时间点。先得出鞋底压力的受力，再由压力值可以通过Novel鞋垫所采集的数据判断步行的每个时刻的受力情况，以鞋垫刚采集到力值信号为0.00s开始计算。图6-14分别为①足跟刚接触地面时的受力情况，在0.02s时，它的力值达到0.04kN，②整个足跟全部着地时的受力情况，在0.04s时力值达到0.13kN，③全掌着地时的受力情况，在0.10s时力值达到0.22kN。三种篮球鞋鞋底材料的应力应变曲线如图6-15所示。AD的鞋底在应力达到0.02kN左右时，应变已经达到了6mm。此后，料模量突然增大，压缩曲线陡然增高。这是由于达到一定的应变以后，材料内的泡孔被压实，产生塌陷，材料致密化所导致。NIKE和ANTA在应力达到0.04kN前，压缩曲线几乎重合。此后，应力在从0.04kN增加到0.13kN这个阶段，NIKE的压缩曲线斜率变大，这个阶段是从足跟刚着地过渡到整个足跟部分着地的过程，此阶段是由于NIKE气垫中的每个密闭气室收到外力的压缩，使得内部的压力上升，给予足跟部一个反作用力造成的曲线斜率的变大。

图6-14　步态中足跟压力随时间的变化(www.daowen.com)

图6-15　三双篮球鞋的压缩应力应变曲线

从图6-16可以看出，三双鞋的模量都随时间的增加而增加。其中模量最小的是AD的EVA发泡材料，NIKE与ANTA在压缩初期的模量几乎相同，但是在足跟刚接触地面到整个足跟完全接触地面的阶段，NIKE的模量时间曲线出现了陡增。说明气垫在此时给与足跟部的反作用力相对于AD和ANTA来说要大。

图6-16　三双篮球鞋的模量时间图

(二)鞋底能量吸收的特征

在一定应力下，压缩应力应变曲线下所包含的面积()就是单位体积材料吸收的能量，式中σ代表试样所承受的应力，ε代表试样产生的应变。通常用用来表示材料的吸能能力。从图6-17可以看出，随着时间的增加，NIKE的气垫吸收的能量越来越多，而其次是ANTA的A-Core吸收的能量较多，吸收能量最少的是AD的EVA发泡材料。

图6-17　三双篮球鞋的能量吸收图

(三)篮球鞋压缩后的应力松弛效应

应力松弛，就是在恒定温度和形变保持不变的情况下，材料内部的应力随着时间增加而逐渐衰减的现象。应力松弛是黏弹性材料的重要力学特性之一。三双篮球鞋的应力松弛曲线如图6-18所示。

图6-18　三双篮球鞋压缩后的应力松弛曲线

由图可得，三双鞋在应力几乎相同的情况下，应力的变化率有所不同。NIKE的应力松弛曲线衰减的幅度明显要比AD和ANTA小，而AD和ANTA在初始阶段略有不同，但从10s左右开始，两条曲线几乎重合。AD的应力松弛曲线方程为y=913.83e-0.0039x，可决系数为R=0.8884，ANTA的应力松弛曲线方程为y=915.01e-0.004x，可决系数为R=0.8799，而NIKE的气垫的应力松弛是在压力的作用下，密闭气室内部的体积被压缩，但由于气体没有向外扩散，导致气垫内部给予压力的反作用力上升，从而使应力的衰减减缓。其应力松弛曲线方程为y=924.96e-0.0026x，可决系数为R=0.9093(x横坐标为时间s，y纵坐标为应力N)。

在这里，我们对三双鞋的鞋底材料结构稍作说明以便于增进理解。ANTAA-Core，中文是“磁芯”的意思，主要功能集中在减震和反弹两点。ADIDASadiPRENE，这是一种经过高温分解后重新排列分子的专利EVA材料，并通过注射发泡成形的这种EVA内部为小蜂巢结构，比传统的EVA吸收冲击力和提供反弹力的效果更好。通常被放置在脚后跟冲击的区域，它能够很好地吸收冲击力，更好地分散压力。NIKE-Zoom Air是高弹性气垫，是一款装有织物芯体且外表扁平的气垫，芯体的材料一般是尼龙三维立体织物，这种织物分上下两层，中间有致密的纵向纤维连接，将织物的上下两层各连接到气室的上下内壁，通过气体的特性和纤维的延伸性能提供更加灵敏、快速的反应。

在图中，在0.02～0.04s这个阶段，三双鞋的弹性模量和能量的吸收均陡增。因为这个阶段是足跟刚一接触地面到整个足跟接触地面的阶段，身体的压力全部集中在足跟部，因此出现了陡增。从0.04～0.10s是整个足跟着地过度到全足着地的阶段，足跟的压力逐渐分散到全足，所以此后3双鞋的模量和能量吸收的增加都减缓。在整个阶段中，因为NIKE的模量(应力/应变)最大，所以吸收的能量也最多。发泡材料在受到外应力作用产生应变后，外力所做的功被转化为势能储存起来或着热能耗散掉。而AD的EVA发泡材料中的气泡可以看做是零模量的，在较低的应变区域内，气泡壁主要起到承载的作用，所以弹性模量较小。应变达到一定的值以后，材料模量突然增大，压缩曲线陡然增高，这是因为达到一定的应变以后，材料内的泡孔被压实，产生塌陷，材料致密化所导致，因此此后的曲线也趋于平缓。

在应力松弛试验中，AD和ANTA的发泡材料其应力松弛不仅包含分子链段的松弛，还包含有气体扩散过程而导致的应力下降，即在压力作用下，发泡材料体积被压缩，泡孔内的气体压力上升，导致气体通过泡壁向外扩散，从而导致泡孔内的气体压力降低、应力下降。

根据上面实验数据可以得出如下结论:

(1)足跟初始着地到全部足跟着地的阶段，耐克的模量最大，应力松弛的衰减比较慢，它对足跟部有较好的支撑作用。而在全足跟着地到全掌着地时期，三双鞋的支撑作用差异不大。

(2)从全足跟着地到全掌着地，随着足跟部分应力的增加，耐克吸收的能量也增加，在三双鞋中能量吸收最多，因此起到的减震效果最好。因此耐克的篮球鞋比较适合于体重较大的锻炼者穿着。

(3)阿迪达斯的应变比较大，形变也比较大，因此对足的支撑比较差，容易造成技术动作的变形。

(4)研究对三个品牌的篮球鞋研究结论，我们建议阿迪达斯和安踏在足跟部材料的能量吸收这一方面应进行更多的研究和新技术开发，以适应各种锻炼群体的需要。