تاثیر سفتی و میرایی کفش بر ارتعاشات عضله‌ی دوقلو در راه رفتن
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی XML
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22089/10thconf.2017.225
نویسندگان
1کارشناس ارشد، دانشگاه تبریز
2استادیار پژوهشگاه تربیت بدنی و علوم ورزشی
3دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز
4استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز
5استادیار دانشکده تربیت بدنی و علوم ورزشی دانشگاه بجنورد
چکیده
مقدمه: نیروهای ضربه‌ای تکراری حاصل برهم‌کنش سیستم اسکلتی-عضلانی انسان با زمین در هنگام راه‌رفتن است. بزرگی و فرکانس این نیروها تابعی از فعالیت عضلانی و پارامترهای سفتی مجموعه‌ی کفش-زمین می‌باشد. ارتعاشات بافت نرم یکی از نتایج این نیروها است که ویژگی‌های آن نشان دهنده‌ی نحوه‌ی تعامل بدن با این نیروهاست و می‌تواند ابزاری برای تعیین کفش مناسب باشد. بنابراین، در این تحقیق، اثرات ویژگی‌های ارتعاشی کفش بر ارتعاشات عضلات پایین‌تنه مورد بررسی قرار می‌گیرد.
روش شناسی: 1. پارامترهای ارتعاشی کفش: چهار کفش با سفتی متفاوت کف انتخاب شد. به منظور تعیین مشخصات ارتعاشی کف کفش، آزمایش چکش ضربه برای هر کدام از کفش‌ها انجام گردید. شتاب سنج یک جهته‌ی B&K Type 4507 به کف کفش متصل شد. سپس به کمک چکش، به قسمت بیرونی کف کفش ضربه‌ای اعمال شد. مشخصات زمانی ضربه و شتاب حاصل ثبت گردید. با توجه به اینکه سیگنال شتاب رفتار زیرمیرا (0.9<ξ<1) از خود نشان داد، یک منحنی سینوسی با میرایی توانی بر روی داده‌های شتاب حاصل از آزمایش برازش شده و بدینوسیله مشخصات سفتی و میرایی کف کفش محاسبه گردید.
2. آزمایش راه رفتن: آزمودنی با کفش‌های مذکور و با سرعت ترجیحی خود یک مسیر پیاده‌روی را پیمود. آزمایش برای هر کفش، چهار بار تکرار شد. شتاب سنج تک محوره‌ی B&K Type 4507 بر روی عضله‌ی دوقلو نصب شده و در جهتی قرار داده شد تا ارتعاشات عضله را در راستای عمودی اندازه‌گیری کند. شتاب‌سنج تک‌محوره‌ی AP2037 نیز بر روی مچ پا بسته شد تا لحظه‌ی برخورد پا با زمین ثبت شود. یک آنالیز موجک بر روی سیگنال شتاب انجام شد تا مقدار عددی میرایی ارتعاشات عضله محاسبه شود.
یافته ها: سه عدد از کفش‌های مورد آزمایش تقریبا دارای سفتی (90<k<120 kN/m) و میرایی(300<c<350 N.s/m) یکسانی بودند. کفش چهارم اما دارای سفتی و میرایی بسیار بیشتری بود (k = 300 kN/m, c = 660 N.s/m) که مشخص کننده‌ی ماده‌ی سخت‌تری است. نتایج آزمایش شتاب سنجی عضله در راه رفتن نشان داد که سفت‌ترین کفش موجب بیشترین شدت ارتعاش و کمترین مشخصه‌ی میرایی می‌شود. این در حالی است که شدت ارتعاش عضله برای سایر کفش‌ها تقریبا برابر بود.
بحث و نتیجه گیری: با توجه به اینکه شدت و میرایی ارتعاشات عضله در این آزمایش با تغییر در میزان سفتی و میرایی کفش تغییر نمود، و با در نظر گرفتن اینکه مقدار میرایی عضله در واقع معیاری از فعالیت عضلانی است، لذا می‌توان بازه‌ای از مشخصات سفتی و میرایی کفش را به عنوان بازه‌ی بهینه معرفی کرد.
کلیدواژه ها
موضوعات
 
Title
The Effects of shoe stiffness and damping on the Gastrocnemius vibration during walking
Authors
Arash Khassetarash, Ali Sharifnezhad, Mir Mohammad Ettefagh, Reza Hassannejad, Nosratollah Hedayatpour
Abstract
Introduction: Repetitive sock loads are the results of interaction between human musculature system and the ground during daily tasks such as walking. The magnitude and the frequency of these loads are functions of muscle activity and shoe-ground stiffness parameters. Soft tissue vibration is one result of these loads and its characteristics could indicate how human body deals with the shock loads, and could be a mean to determining the appropriate footwear. Hence, in this study, the effects of vibration properties of walking shoe on the vibration of the lower extremities soft tissue were investigated.
Methodology: Shoe vibration parameters: four walking shoes were selected. A hammer test was performed on the shoes in order to determine their stiffness and damping parameters. A uni axial accelerometer (B&K Type 4507) was attached to the insole of the shoe. An impact then applied to the outer sole on the shoe heel using an impact hammer. The time history of impact as well as the resultant acceleration was recorded. The acceleration data showed an underdamped (0.9<ξ<1) behavior. Hence, a sinusoidal function with an exponential decay was fitted to the experimental data from which the stiffness and damping properties of the shoe were estimated. Walking test: a subject performed walking in his preferred speed wearing the tested shoes. Four walking trials were done for each shoe. A uni axial accelerometer (B&K Type 4507) was attached to the muscle belly of the lateral gastrocnemius. A wavelet analysis was performed on vibration data from the gastrocnemius to quantify the damping coefficient of the vibration.
Results: Three of the tested shoes were almost in the same stiffness (90<k<120 kN.m) and damping (300<c<350 N.s.m) area. These values for the fourth shoe were more (k = 300 kN.m, c = 660 N.s.m), indicating a harder sole material. Results of time-frequency analysis of the acceleration signals demonstrated that wearing the hardest shoe resulted in highest vibration intensity and the lowest damping coefficient, while the vibration intensity remained almost the same for other three shoes with similar damping and stiffness.
Discussion: given that the soft tissue vibration intensity and damping changed with different shoe sole stiffness, and considering that vibration damping in soft tissue is an indicator of the level of muscle activity, one should expect an optimum range of shoe stiffness and damping in which the vibration intensity and damping are both minimized.
Keywords
footwear, walking, soft tissue vibration