Ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων ενός παπουτσιού τρεξίματος σταθεροποιημένο με μια πλάκα : εμβιομηχανικές επιδράσεις στον πρηνισμό και την κατανομή τάσεων

Abstract

Η παρούσα μελέτη εξετάζει τη μηχανική απόδοση ενός πάτου αθλητικού υποδήματος για τρέξιμο, το οποίο ενσωματώνει μία ενισχυτική πλάκα σχεδιασμένη ειδικά για τη μείωση της υπερβολικής πρηνιστικής κίνησης του ποδιού. Δημιουργήθηκε ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων του συστήματος ποδιού–παπουτσιού χρησιμοποιώντας το λογισμικό COMSOL Multiphysics, ενσωματώνοντας ανθρωπομετρικά ακριβείς γεωμετρίες και επικυρωμένα υπερελαστικά υλικά μοντέλα. Το πολυμερές αιθυλενίου- οξικού βινυλίου (EVA) μοντελοποιήθηκε με τη χρήση της υπερελαστικής διατύπωσης Ogden, ενώ ανθρακονήματα (CF) χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή της ενσωματωμένης πλάκας. Οι παράμετροι των υλικών προέκυψαν μέσω διαδικασίας μαθηματικής προσαρμογής μοντέλων στην καμπύλη τάσης τροπής από πειραματικά δεδομένα συμπίεσης. Οι προσομοιώσεις της φάσης στήριξης του κύκλου βάδισης έδειξαν ότι η ύπαρξη της πλάκας οδήγησε σε μείωση τόσο της μέγιστης όσο και της μέσης γωνίας πρηνισμού σε σύγκριση με το μοντέλο ελέγχου χωρίς πλάκα. Η ανάλυση της κατανομής των αντιδραστικών δυνάμεων του εδάφους έδειξε σημαντική εκφόρτιση των εσωτερικών περιοχών, αποδιδόμενη στην ασύμμετρη προεξοχή της πλάκας και στη συμπεριφορά κάμψης της κατά την πρώιμη στήριξη. Επιπλέον, η πρόσθια καμπυλότητα της πλάκας υποτίθεται ότι συμβάλλει στην αποθήκευση και επιστροφή ελαστικής ενέργειας, πιθανώς βελτιώνοντας την αποδοτικότητα του τρεξίματος. Τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι στρατηγικές τροποποιήσεις στη γεωμετρία της πλάκας του μεσοσόλου μπορούν να βελτιώσουν τη σταθερότητα, να μειώσουν τα φορτία που σχετίζονται με την πρηνιστική κίνηση και να συμβάλουν στην πρόληψη τραυματισμών σε δρομείς με υπερπρηνισμό. Τα αποτελέσματα αυτά αναδεικνύουν το βιομηχανικό δυναμικό των ενσωματωμένων σχεδιάσεων πλακών πέραν της απλής βελτιστοποίησης επιδόσεων, στηρίζοντας την ανάπτυξη αθλητικών υποδημάτων με στόχευση στη σταθερότητα.