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유한요소 해석을 통한 스포츠화의 런닝 시 착지충격 특성평가
Evaluation of Landing Impact Characteristics of Sport Shoes in Running by finite Element Analysis 원문보기

한국운동역학회지 = Korean journal of sport biomechanics, v.19 no.2, 2009년, pp.217 - 225  

김성호 (부산대학교) ,  조진래 (부산대학교) ,  이시복 (부산대학교) ,  박승범 (부산경제진흥원 신발산업진흥센터)

초록
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최근 들어 부강을 방지하고 경기력을 향상시킬 수 있는 스포츠화를 개발하기 위해 신체운동학과 생체역학을 반영한 연구가 전세계적으로 활발히 수행되고 있다. 하지만, 이러한 연구의 성골 여부는 스포츠화와 발의 동적 거동, 특히 착지 충격 특성 평가의 신뢰성에 절대적으로 좌우된다. 그 이유로는 코트 스포츠운동에 있어서 착지충격력이 예상치 못한 부상과 경기력의 주요한 요인이기 때문이다. 이 연구는 맨발과 대표적인 코트 스포츠화의 착지충격 특성을 평가하기 위해 유한요소 해석을 적용하였다. 사람의 발과 신발사이의 연계효과를 정확히 반영하기 위해 별도의 실험 데이터에 의존하지 않는 완전한 3차원 발-신발 FEM 모델을 생성하였다. 수치 시뮬레이션을 통해 FEM 모델의 신뢰성을 평가함과 동시에 여러 가지 스포츠화의 GRF, MIF주파수 응답과 같은 착지충격 특성들을 분석하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, intensive research efforts are world-widely forced on the development of sport shoes improving both the injury protection and the playing performance by taking kinesiology and biomechanics into consideration. However, the success of this goal depends definitely on the reliable evaluation o...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 달리기용으로 경 량성을 주요 특성으로하는 마라톤화, 많은 횡적운동에 대한 안정성을 우선시하는 테니스화, 잦은 점핑동작에 대한 충격흡수성을 관심으로하는 농구화 등의 다양한 코트 스포츠화들을 착용시의 인체의 착지 충격 시 특성 및 스포츠화의 충격흡수성능을 과학적으로 정량화하기 위한 연구를 수행하였다. 이러한 과정으로 실제 실험치에 기인한 신뢰성의 확보와 함께 이를 바탕으로 고기능성 스포츠화 개발을 위하여 실제 신발 완제품의 개발 및 평가에 적용할 수 있는 진보된 스포츠화 설계방안을 마련하고자 한다.
  • 따라서 본 연구에서는 인간의 하지와 신발을 연계한 3차원 모델을 각종 자료를 토대로 신뢰성 있게 생성하였다. 그리고 유한요소 해석기법 중에서 충격해석, 3차원 형상, 접촉문제 등에 유리한 외연적방법 (explicit method)으로 3차원 런닝 동작시의 거동인 발목배저굴운동(dor si-plantar flexion)을 수치적으로 분석하였다.
  • 본 연구에서는 이러한 관점에서 모델생성과 해석의 난해함으로 기존의 스포츠역학 및 생체역학에만 의존해오던 스포츠화의 개발기술에 유한요소 해석기법과의 접목을 시도하였다.
  • (Nigg, 1986; Cavanagh, 1990). 본 연구에서도 이러한 발목 배저굴 운동을 유한요소 해석을 통하여 구현하고 또한 착지 시 충격 특성을 수치해석적으로 분석한다.
  • 정량화하기 위한 연구를 수행하였다. 이러한 과정으로 실제 실험치에 기인한 신뢰성의 확보와 함께 이를 바탕으로 고기능성 스포츠화 개발을 위하여 실제 신발 완제품의 개발 및 평가에 적용할 수 있는 진보된 스포츠화 설계방안을 마련하고자 한다.

가설 설정

  • 받는 셸요소로 모델링하였다. 또한; 모든 코트스포츠화 부품들은 실제와 같이 완전히 접착되었다고 가정하였다. 그리고, 인체의 하지는 무릎까지로 제한하여 모델링한 후 코트 스포츠화와 연계시켰다.
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참고문헌 (12)

  1. Bathe, K. J.(1996). Finite Element Procedures. Prentice Hall. 

  2. Belytschko, T., Liu, W. K., & Moran, B.(2000). Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures. New York: John Wiley & Sons, Inc. 

  3. Cavanagh, P. R.(1990). Biomechanics of Distance Running. Champaign, IL, Human Kinetics. 

  4. Craig, R. R.(1981). Structural Dynamics. New York: John Wiley & Sons, Inc. 

  5. Craik, R. L.(1995). Gait Analysis. Mosby. 

  6. Henning, E. M., & Lafortune, M. A.(1991). Relationships between ground reaction force and tibial bone acceleration parameters. Journal of Sports Biomechanics, 7, 303-309. 

  7. Kim, S. H.(2005). Evaluation of Landing Impact Characteristics of Court Sports Shoes by Finite Element Method. Masters Thesis. Pusan National University. 

  8. Netter, F. H.(1999). Atlas of Human Anatomy. ICON. 

  9. Nigg, B. M.(1986). Biomechanics of Runnig Shoes. Champaign, IL, Human Kinetics. 

  10. Voloshin, A., Verbitsky, O., Mizrahi, J., Treiger, J. & Isakov, E.(1998). Shock transmission and fatigue in human running. Journal of Appied Biomechanics, 14, 300-311. 

  11. Winter, D. A.(1990). Biomechanics and Motor Control of Human Movement. John Wiley & Sons. 

  12. Zienkiewicz, O. C., & Taylor, R. L.(1991). The Finite Element Method, Vol. 2, McGraw Hill. 

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