数字表面轮廓仪用于定量测量测试表面的微观形貌。具体来说，它计算实验中使用地板（例如哑光表面）的平均表面粗糙度 (Ra)。此测量对于为鞋类性能分析建立精确的边界条件至关重要。
轮廓仪将地板的物理纹理转化为可操作的数据。通过定义微观景观，它使研究人员能够准确模拟鞋子与地面的相互作用，并确保物理实验能够高精度地复制。
微观形貌的作用
定义接触力学
鞋底与地板之间的相互作用很少是完全平坦的。地面的微观形貌特征充当关键的边界条件。
轮廓仪绘制这些特征的图，使工程师能够理解正在发挥作用的具体接触力学。这些数据揭示了表面微观凸起（微观峰和谷）如何影响摩擦力和抓地力。
影响流体排放
表面纹理在液体如何从鞋底下方排出方面起着重要作用。完全光滑的表面与有纹理的表面对水的滞留方式不同。
通过测量粗糙度，轮廓仪有助于预测流体排放效率。这对于理解潮湿条件下的防滑性至关重要。
连接实验与模拟
验证计算模型
现代鞋类测试在很大程度上依赖于计算流体动力学 (CFD) 模拟。这些计算机模型需要精确的输入才能正常运行。
轮廓仪提供真实的“壁粗糙度参数”。这确保了模拟能够反映现实，而不是依赖于估计的或通用的摩擦系数。
确保实验可重复性
在物理测试中，一致性至关重要。如果测试地板的纹理因磨损或更换而发生变化，结果将无效。
轮廓仪提供定量数据来验证地板的状况。这确保了不同测试周期和时间段的结果保持可比性。
理解范围和限制
环境与机械设置
区分测量环境和测量设备很重要。轮廓仪严格关注地板的表面粗糙度。
它不测量测试设备本身的机械偏差，例如关节位移或松动。这些机械因素需要不同的精密工具（例如数字卡尺）来确保设备保持校准。
平均粗糙度 (Ra) 的局限性
轮廓仪通常输出平均粗糙度值 (Ra)。虽然非常有用，但这只是一个统计平均值。
工程师必须记住，理论上两个表面可能具有相同的 Ra 值但纹理不同（例如，尖锐的峰值与滚动的波浪），这可能会对特定的流体动力学产生微妙影响。
根据您的目标做出正确的选择
为了最大化鞋类测试数据的价值，请根据您的具体目标应用轮廓仪的输出：
- 如果您的主要重点是 CFD 模拟：将特定的 Ra 值直接作为壁粗糙度参数输入到您的软件中，以准确模拟流体行为。
- 如果您的主要重点是物理基准测试：在每个测试周期之前使用轮廓仪来确认地板表面随时间没有退化或变光滑。
测量的精度是性能精度的基础。
摘要表：
| 关键指标/功能 | 在鞋类测试中的作用 | 主要优势 |
|---|---|---|
| 表面粗糙度 (Ra) | 量化地板的微观峰和谷。 | 建立精确的边界条件。 |
| 流体排放 | 预测液体在鞋底下的流动方式。 | 增强潮湿条件下的防滑性分析。 |
| CFD 输入 | 为软件提供真实的壁粗糙度参数。 | 将计算模型与现实进行验证。 |
| 可重复性 | 监测地板随时间的磨损和纹理退化。 | 确保测试周期结果的一致性。 |
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参考文献
- Shubham Gupta, Arnab Chanda. Influence of Vertically Treaded Outsoles on Interfacial Fluid Pressure, Mass Flow Rate, and Shoe–Floor Traction during Slips. DOI: 10.3390/fluids8030082
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .