نقش شرايط خستگي در بهينه سازي طراحي كفش دوندگان

The role of fatigue on optimal design of sport footwear

در سال هاي اخير، فراهم نمودن مدلي براي بررسي ارتعاشات بدن در هنگام دويدن و همچنين ارايه روشي براي شبيه سازي عملكرد سيستم عصبي مركزي انسان در تنظيم عملكرد عضلات به منظور طراحي كفش ورزشي قبل و بعد از خستگي، موضوع مقالات بسياري بوده است. در تحقيق حاضر، مدل چهار درجه آزادي بدن انسان به همراه تابع هدف سيستم عصبي مركزي در قالب يك مسيله بهينه سازي با قيدهاي قبل و بعد از خستگي در نظر گرفته شد. ابتدا نشان داده شد كه روش بهينه سازي استفاده شده در ادبيات فن براي اين نوع مسيله بهينه سازي به نتايج غيردقيق مي انجامد. سپس براي يافتن جواب هاي دقيق تر، مسيله مذكور با استفاده از الگوريتم اجتماع ذرات، بهينه سازي گرديد. مقايسه نتايج حاصل از اين تحقيق، با ادبيات فن، نشان داد كه روش پيشنهادي، سازگاري بيشتري با نتايج تجربي دارد. نتايج شبيه سازي حاكي از آن بود كه با افزايش زمان دويدن و به دنبال آن افزايش خستگي، محدوده مناسب پارامترهاي ارتعاشي كفش ورزشي، به شدت كاهش مي يابد. همچنين دامنه ارتعاشي بافت نرم عضلاني پايين تنه به طرز چشمگيري افزايش مي‌يابد. علاوه بر اين، با استفاده از الگوريتم پيشنهادي، به صورت پارامتريك، اثرات تغيير در توزيع جرم و همچنين سرعت هاي تماسي، بر محدوده مناسب پارامتر هاي ارتعاشي كفش ورزشي قبل و بعد از خستگي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج، وابستگي شديد اين محدوده به توزيع جرم پايين تنه و سرعت هاي تماسي پايين تنه را نشان داد. نتايج اين تحقيق مي تواند در طراحي كفش هاي ورزشي، به ويژه كفش دوندگان و رشته هاي مشابه ، جهت بهبود عملكرد ورزشكاران مفيد فايده واقع شود.

Recently, providing a model in order to investigate human body vibrations and also finding a methodology to simulate the functionality of the central nervous system in muscle tuning while pre and post fatigue conditions during running has been discussed in numerous papers. In the current study, a 4 degree of freedom vibration model of human body and an objective function that mimics the functionality of the central nervous system with bounds for pre-fatigue and post fatigue conditions were considered. Firstly, it was shown that the optimization method used in the literature leads to inaccurate results. Then, in order to achieve more accurate results, the optimization problem was solved using Particle Swarm Optimization method. A comparison between the results of the current study with those in literature showed that our results are more consistent with the experiments. Our findings indicated that an increase in running time followed by an increase in fatigue leads to a significant decrease in the safe region and increase in vibration amplitude of lower body wobbling mass. Moreover, a parametric study was conducted to investigate the effects of mass distribution and variations in touchdown velocities on the area of the safe region for both pre and post fatigue conditions. High dependency of this area to the mass distribution and touchdown velocities of lower extremities was also indicated. The results of this study can be useful in the shoe design for running and similar activities.