《解析事例》スポーツシューズ設計適用事例

株式会社アシックス　スポーツ工学研究所　機能研究部様　事例

シューズに必要な安定性を向上させるためには、シューズの踵部に挿入されているヒールカウンターの高剛性が必要となります。 一方、シューズには軽量性も必要となり、これらを両立するためのヒールカウンターの設計を行いました。

背景

シューズに必要な安定性を向上させるためには、シューズの踵部に挿入されているヒールカウンターの高剛性が必要となります。

解決策

実走行時の踵部の変形状態を再現しうる境界条件をSimcenter FEMAP with Nastran を用いて導きだしました。さらに、この境界条件下におけるヒールカウンターのトポロジーの最適化を行いました。

解析内容と結果

シューズに求められる機能

動作分析などから得られたシューズに必要な機能の例を以下に示します。

• 屈曲性(足に沿って曲がるか)
• クッション性(衝撃を吸収してくれるか)
• 安定性(足の関節に負担がかかり過ぎないか)
• 通気性(足が蒸れないか)
• 軽量性(余分な負担がかからないか)
• グリップ性(滑りを制御できているか)
• フィット性(履き心地を高めているか)
• 耐久性(長期間の使用に耐えうるか)

シューズの開発では、これらの要求機能をバランスよく設計することが重要です。

シューズソールの安定性設計

シューズの安定性を向上させるための設計の一つに、踵部のヒールカウンターの高剛性化があります。 そこで、今回は、ヒールカウンターの高剛性化を目的とした解析を行いました。

解析モデル

境界条件の妥当性検証

実走行中の踵部の面外方向変位とSimcenter FEMAP with Nastranの解析結果の比較から、 実走行時の変位状態を再現しうる境界条件の検討を行いました。 検討の結果、解析により実走行を再現することかできるようになりました。

設計例

トポロジー最適化の適用

重量を制約し、ヒールカウンター部の剛性の最大化を目的関数とした最適化を実施しました。 結果を基に実際のヒールカウンターの形状を決定しました。

完成した新開発のシューズ（写真はテストモデル）

今後の見通し

• CAEを用いたシューズ設計手法の進化
• 人体応答の直接的な算出
• 材料の非線形性の考慮
• メッシュ、フォーム材料等
• Simcenter FEMAP with Nastran のユーザーの拡大