محاسبه‌ پارامتر تغییر شکل عمودی سطوح ورزشی حین فعالیت ورزشکار از طریق شبیه‌سازی اجزای محدود
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی XML
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22089/10thconf.2017.164
نویسندگان
1عضو هیات علمی/ پژوهشگاه تربیت بدنی و علوم ورزشی
2دانشگاه صنعتی امیر کبیر
3کارشناس تعاونی / پژوهشگاه تربیت بدنی و علوم ورزشی
چکیده
مقدمه: سطوح ورزشی به عنوان عامل تعیین‌کننده‌ی شرایط زمین یکی از مهم‌ترین جنبه‌های ایمنی و کارایی ورزشکار می‌باشد. یکی از پارامترهای بیومکانیکی سطوح ورزشی که رابطه‌ی مستقیمی با احتمال آسیب ورزشکار دارد، میزان تغییر شکل عمودی سطح است. برای اندازه‌گیری این پارامتر طبق استاندارد مربوطه از وسیله‌ای به نام قهرمان اشتوتگارت استفاده می‌گردد.در این پژوهش روش جایگزینی جهت استخراج این پارامتر مورد بررسی قرار می‌گیرد.
روش شناسی: در این پژوهش، مدل اجزای محدودی شامل بخشی از پایین تنه‌ی ورزشکار و سطح ورزشی استاندارد ایجاد گردیده‌است. برای تهیه‌ی مدل پایین تنه، تصاویر سی‌تی اسکن یک فرد 25 ساله‌ی مذکر توسط نرم‌افزار میمیکس به مدل سه‌بعدی تبدیل گردیده‌است. رفتار ویسکوالاستیک سطح ورزشی از طریق آزمایش ریلکسیشن فشاری با نرخ‌های مختلف کرنش، استخراج و به مدل اجزای محدود وارد گردیده‌است. برای شبیه‌سازی فرود ورزشکار، نرم‌افزار تحلیلی آباکوس به کار گرفته شده‌است. وزن ورزشکار 60 کیلوگرم، ارتفاع فرود 30 سانتی‌متر و زمان حل 0/01 ثانیه در نظر گرفته‌شد.
یافته ها: پس از فرود ورزشکار بر روی سطح، میزان تغییر شکل عمودی سطح در طول زمان استخراج گردیده است. بیشینه‌ی تغییر شکل عمودی سطح حدود 0/008 ثانیه پس از زمان برخورد با سطح پدید آمد که میزان آن برای ناحیه‌ی تماس پنجه‌ و پاشنه‌ی پا به ترتیب برابر 2/73 و 2/36 میلی‌متر می‌باشد.
بحث و نتیجه گیری: نتایج تطابق کاملی را میان مدل پیشنهادی و دستگاه قهرمان اشتوتگارت نشان داد. میزان بیشینه‌ی تغییر شکل عمودی که از طریق مدل پیشنهادی استخراج گردید به میزان میانگین گزارش‌شده توسط استاندارد سطح ورزشی (میزان بیشینه‌ی 3 میلی‌متر) نزدیک بود. در نتیجه مدل پیشنهادی می‌تواند جایگزین مناسبی برای دستگاه قهرمان اشتوتگارت و استخراج پارامتر تغییر شکل عمودی سطوح ورزشی باشد.
کلیدواژه ها
موضوعات
 
Title
Calculation of vertical deformation parameter for sport surfaces during athlete activity using finite element simulation
Authors
Amin Hooshafza, Behzad Farhang, Abed Khosrojerdi
Abstract
Introduction: Sport surfaces are one of the predominant aspects of safety and efficiency as a determinant factor of ground. Vertical deformation of sport surfaces is a biomechanical parameter related to probability of athlete’s injuries. Artificial Athlete Stuttgart is an apparatus applied for measuring of this parameter due to the standards. In this study, an alternative method is investigated for extracting this parameter.
Methodology: In this study, a finite element model included a part of human lower limb and a standard sport surface was developed. For preparation of lower limb model, CT scan images of a 25 year old male were transformed into a three dimensional model via Mimics software. Viscoelastic behavior of the sport surface was extracted by compression stress-relaxation tests with various strain rates to import in the finite element model. Abaqus analytical software was utilized to simulate the athlete landing. The weight of athlete, height of landing and solution time were considered 60 Kg, 30 cm and 0.01 s respectively.
Results: The value of vertical deformation was extracted over time after the landing. The vertical deformation of the sport surface reached its maximum value in 0.008 seconds after the contact which for forefoot and heal contact area was 2.73 and 2.36 millimeter respectively.
Discussion: Results present an excellent confirmation between the proposed and Artificial Athlete Stuttgart apparatus. The maximum of vertical deformation obtained by the proposed model was close to the value reported by standard (3 mm) which the sport surface meets. Subsequently, the Artificial Athlete Stuttgart apparatus can be superseded properly by the proposed model to extract the vertical deformation parameter of sport surfaces.
Keywords
vertical deformation, sport surface, Artificial Athlete Stuttgart, viscoelastic behavior, finite element