مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

نقش شرایط خستگی در بهینه سازی طراحی کفش دوندگان

نویسندگان
1 استادیار دانشگاه تبریز- دانشکده مهندسی مکانیک
2 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز
چکیده
در سال‌های اخیر، فراهم نمودن مدلی برای بررسی ارتعاشات بدن در هنگام دویدن و همچنین ارائه‌ روشی برای شبیه‌سازی عملکرد سیستم عصبی مرکزی انسان در تنظیم عملکرد عضلات به منظور طراحی کفش ورزشی قبل و بعد از خستگی، موضوع مقالات بسیاری بوده است. در تحقیق حاضر، مدل چهار درجه آزادی بدن انسان به همراه تابع هدف سیستم عصبی مرکزی در قالب یک مسئله‌ بهینه‌سازی با قیدهای قبل و بعد از خستگی در نظر گرفته‌ شد. ابتدا نشان داده شد که روش بهینه‌سازی استفاده شده در ادبیات فن برای این نوع مسئله‌ بهینه‌سازی به نتایج غیردقیق می‌انجامد. سپس برای یافتن جواب‌های دقیق‌تر، مسئله‌ مذکور با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات، بهینه‌سازی گردید. مقایسه‌ نتایج حاصل از این تحقیق، با ادبیات فن، نشان داد که روش پیشنهادی، سازگاری بیشتری با نتایج تجربی دارد. نتایج شبیه‌سازی حاکی از آن بود که با افزایش زمان دویدن و به دنبال آن افزایش خستگی، محدوده‌ مناسب پارامترهای ارتعاشی کفش ورزشی، به شدت کاهش می‌یابد. همچنین دامنه‌ ارتعاشی بافت نرم عضلانی پایین‌تنه به طرز چشمگیری افزایش می‌یابد. علاوه بر این، با استفاده از الگوریتم پیشنهادی، به صورت پارامتریک، اثرات تغییر در توزیع جرم و همچنین سرعت‌های تماسی، بر محدوده‌ مناسب پارامتر‌های ارتعاشی کفش ورزشی قبل و بعد از خستگی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج، وابستگی شدید این محدوده به توزیع جرم پایین‌تنه و سرعت‌های تماسی پایین‌تنه را نشان داد. نتایج این تحقیق می‌تواند در طراحی کفش‌های ورزشی، به ویژه کفش دوندگان و رشته‌های مشابه ، جهت بهبود عملکرد ورزشکاران مفید فایده واقع شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

The roll of fatigue on optimal design of sport footwear

نویسندگان English

Reza Hassannejad 1
Arash Khassetarash 2
2 Msc Student of Mechanical Engineering
چکیده English

Recently, providing a model in order to investigate human body vibrations and also finding a methodology to simulate the functionality of 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 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 current study with those in literature showed that our results are more consistent with 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. A 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.

کلیدواژه‌ها English

Running
Fatigue
Muscle tuning
mass distribution
Particle Swarm Optimization