The effect of strike pattern on the cushioning capacity of technical midsole footwear

Numerous research studies have highlighted the interconnection between footwear and running strike patterns [1]. The processes that govern these adjustments in movement patterns are generally acknowledged to depend on the perception and transmission of impact forces through the musculoskeletal syste...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Τζοβλά, Αικατερίνη
Άλλοι συγγραφείς: Tzovla, Aikaterini
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2023
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:https://hdl.handle.net/10889/25231
id nemertes-10889-25231
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Strike pattern
Midsole footwear
Finite element
Υποδήματα τρεξίματος
spellingShingle Strike pattern
Midsole footwear
Finite element
Υποδήματα τρεξίματος
Τζοβλά, Αικατερίνη
The effect of strike pattern on the cushioning capacity of technical midsole footwear
description Numerous research studies have highlighted the interconnection between footwear and running strike patterns [1]. The processes that govern these adjustments in movement patterns are generally acknowledged to depend on the perception and transmission of impact forces through the musculoskeletal system of runners [2]. Consequently, a variety of midsole technologies have been developed in recent years to cater to the requirements of both professional and regular runners. Despite extensive efforts dedicated to understanding the intricacies of running biomechanics and mitigating impact, the impact of foot placement on the cushioning capacity of specific midsole systems remains poorly understood. The purpose of this project was to determine the extent to which Finite Element (FE) modelling techniques can determine how different strike patterns relate the energy absorption capacity of technical footwear. To obtain detailed information about a commercial running shoe, a micro-Computed Tomography device (Werth TomoScope® HV Compact-225 3D CNC) was utilized for scanning purposes. The gel-based midsole of the shoe was accurately reverse-engineered with a precision of 200μm. Subsequently, the obtained model was processed using ANSA software by BETA CAE Systems S.A., where the meshing of the model was performed. Convergence studies were conducted to ensure the grid's accuracy and independence, resulting in a mesh that met the desired quality criteria. For the analysis, two distinct strike patterns were taken into account: heel-strike (HS) and forefoot strike (FFS). To capture the plantar pressure distributions during running for both strike patterns, a Footscanner insole 2.39 system (Niceville, FL 32578, USA) was utilized. Additionally, the shoe-ground contact duration, which varies with time, was obtained from high-speed camera measurements using the MotionBLITZ EoSens® mini. Data collection was focused on female endurance athletes, with an average weight of 51 kg ± 0.82 kg. All recorded data underwent a filtering process and were statistically normalized to ensure accuracy and consistency. Under dynamic conditions, load and boundary conditions were applied to both the superior and inferior surfaces of the 3D midsole. The Finite Element (FE) analysis specifically considered four key phases of the running cycle: touchdown, impact peak, end of mid-stance, and toe-off. Based on the evaluation process, it was determined that during forefoot strike (FFS), the maximum ground reaction force was found to be 6.7% higher compared to heel strike (HS). Additionally, the support phase duration for HS was slightly prolonged by approximately 9.2%. These findings indicate that FFS involves a more energy-intensive foot-strike, which aligns with existing literature [3].
author2 Tzovla, Aikaterini
author_facet Tzovla, Aikaterini
Τζοβλά, Αικατερίνη
author Τζοβλά, Αικατερίνη
author_sort Τζοβλά, Αικατερίνη
title The effect of strike pattern on the cushioning capacity of technical midsole footwear
title_short The effect of strike pattern on the cushioning capacity of technical midsole footwear
title_full The effect of strike pattern on the cushioning capacity of technical midsole footwear
title_fullStr The effect of strike pattern on the cushioning capacity of technical midsole footwear
title_full_unstemmed The effect of strike pattern on the cushioning capacity of technical midsole footwear
title_sort effect of strike pattern on the cushioning capacity of technical midsole footwear
publishDate 2023
url https://hdl.handle.net/10889/25231
work_keys_str_mv AT tzoblaaikaterinē theeffectofstrikepatternonthecushioningcapacityoftechnicalmidsolefootwear
AT tzoblaaikaterinē ēepidrasētoumotiboutreximatosstēnikanotētaaporrophēsēskradasmōntōntechnikōnypodēmatōn
AT tzoblaaikaterinē effectofstrikepatternonthecushioningcapacityoftechnicalmidsolefootwear
_version_ 1771297217116635136
spelling nemertes-10889-252312023-06-29T03:55:50Z The effect of strike pattern on the cushioning capacity of technical midsole footwear Η επίδραση του μοτίβου τρεξίματος στην ικανότητα απορρόφησης κραδασμών των τεχνικών υποδημάτων Τζοβλά, Αικατερίνη Tzovla, Aikaterini Strike pattern Midsole footwear Finite element Υποδήματα τρεξίματος Numerous research studies have highlighted the interconnection between footwear and running strike patterns [1]. The processes that govern these adjustments in movement patterns are generally acknowledged to depend on the perception and transmission of impact forces through the musculoskeletal system of runners [2]. Consequently, a variety of midsole technologies have been developed in recent years to cater to the requirements of both professional and regular runners. Despite extensive efforts dedicated to understanding the intricacies of running biomechanics and mitigating impact, the impact of foot placement on the cushioning capacity of specific midsole systems remains poorly understood. The purpose of this project was to determine the extent to which Finite Element (FE) modelling techniques can determine how different strike patterns relate the energy absorption capacity of technical footwear. To obtain detailed information about a commercial running shoe, a micro-Computed Tomography device (Werth TomoScope® HV Compact-225 3D CNC) was utilized for scanning purposes. The gel-based midsole of the shoe was accurately reverse-engineered with a precision of 200μm. Subsequently, the obtained model was processed using ANSA software by BETA CAE Systems S.A., where the meshing of the model was performed. Convergence studies were conducted to ensure the grid's accuracy and independence, resulting in a mesh that met the desired quality criteria. For the analysis, two distinct strike patterns were taken into account: heel-strike (HS) and forefoot strike (FFS). To capture the plantar pressure distributions during running for both strike patterns, a Footscanner insole 2.39 system (Niceville, FL 32578, USA) was utilized. Additionally, the shoe-ground contact duration, which varies with time, was obtained from high-speed camera measurements using the MotionBLITZ EoSens® mini. Data collection was focused on female endurance athletes, with an average weight of 51 kg ± 0.82 kg. All recorded data underwent a filtering process and were statistically normalized to ensure accuracy and consistency. Under dynamic conditions, load and boundary conditions were applied to both the superior and inferior surfaces of the 3D midsole. The Finite Element (FE) analysis specifically considered four key phases of the running cycle: touchdown, impact peak, end of mid-stance, and toe-off. Based on the evaluation process, it was determined that during forefoot strike (FFS), the maximum ground reaction force was found to be 6.7% higher compared to heel strike (HS). Additionally, the support phase duration for HS was slightly prolonged by approximately 9.2%. These findings indicate that FFS involves a more energy-intensive foot-strike, which aligns with existing literature [3]. Αρκετές επιστημονικές μελέτες έχουν ασχοληθεί με την σύνδεση των υποδημάτων τρεξίματος και των διαφορετικών μοτίβων τρεξίματος των αθλητών όσο αναφορά τον τρόπο που το πόδι έρχεται σε επαφή με το έδαφος κατά την διάρκεια του κύκλου τρεξίματος [1]. Οι διαδικασίες που διέπουν αυτές τις προσαρμογές στα μοτίβα κίνησης, εξαρτώνται από την αντίληψη και τη μετάδοση των δυνάμεων κρούσης με το έδαφος, μέσω του μυοσκελετικού συστήματος των δρομέων [2]. Παρά τις εκτεταμένες προσπάθειες για την βαθύτερη κατανόηση της εμβιομηχανικής του τρεξίματος και τις επιπτώσεις από την επαφή του αθλητή με το έδαφος, οι επιδράσεις της τοποθέτησης του πέλματος στην ικανότητα απορρόφησης των κραδασμών από την σόλα του παπουτσιού παραμένουν αδιευκρίνιστες. Ο σκοπός αυτής της μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι να προσδιοριστεί ο βαθμός στον οποίο οι τεχνικές μοντελοποίησης μέσω της τεχνολογίας των πεπερασμένων στοιχείων (FE), μπορούν να καθορίσουν τον τρόπο με τον οποίο τα διαφορετικά μοτίβα επαφής του ποδιού με το έδαφος, σχετίζονται με την ικανότητα απορρόφησης ενέργειας των τεχνικών υποδημάτων τρεξίματος. Προκειμένου να ληφθούν οι λεπτομέρειες για την ανατομία ενός εμπορικού παπουτσιού τρεξίματος, μία συσκευή μικροϋπολογιστής τομογραφίας (Werth TomoScope® HV Compact-225 3D CNC) χρησιμοποιήθηκε για να σαρώσει το φυσικό αντικείμενο του παπουτσιού. Η ενδιάμεση σόλα του παπουτσιού αποτυπώθηκε χρησιμοποιώντας αντίστροφη μηχανική με ακρίβεια 200μm. Στη συνέχεια, το μοντέλο υποβλήθηκε σε επεξεργασία με χρήση του λογισμικού ANSA από την εταιρεία λογισμικού BETA CAE Systems S.A., όπου διακριτοποιήθηκε και δημιουργήθηκε το κατάλληλο πλέγμα πεπερασμένων στοιχείων. Πραγματοποιήθηκε μελέτη σύγκλισης για να διασφαλιστεί η ακρίβεια και η ποιότητα του πλέγματος, με αποτέλεσμα ένα πλέγμα που πληρούσε τα επιθυμητά κριτήρια ποιότητας του πλέγματος με βάση τον επιλυτή που χρησιμοποιήθηκε. Για την ανάλυση, λήφθηκαν υπόψη δύο διαφορετικά μοτίβα επαφής του πέλματος με το έδαφος: πρώτης επαφής της φτέρνας με το έδαφος (HS) και πρώτης επαφής του μεταταρσίου με το έδαφος (FFS). Για να αποτυπωθούν οι κατανομές πελματιαίας πίεσης κατά τη διάρκεια του τρεξίματος και για τα δύο διαφορετικά μοτίβα, χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα εσωτερικής σόλας Footscanner 2.39 (Niceville, FL 32578, ΗΠΑ). Επιπλέον η διάρκεια επαφής του παπουτσιού με το έδαφος, λήφθηκε από μετρήσεις κάμερας υψηλής ταχύτητας χρησιμοποιώντας την συσκευή MotionBLITZ EoSens® mini. Η συλλογή δεδομένων επικεντρώθηκε σε αθλήτριες αντοχής με μέσο βάρος 51 kg ± 0,82 kg. Η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FE) εξέτασε συγκεκριμένα τέσσερις βασικές φάσεις του κύκλου τρεξίματος: την αρχική επαφή, την κορυφή πρόσκρουσης, το τέλος της μέσης θέσης και την ανασήκωση του πέλματος. Με βάση τη διαδικασία αξιολόγησης, προσδιορίστηκε ότι κατά τη διάρκεια του χτυπήματος στο μπροστινό μέρος του ποδιού (FFS), η μέγιστη δύναμη αντίδρασης στο έδαφος βρέθηκε να είναι 6,7% υψηλότερη σε σύγκριση με το χτύπημα στη φτέρνα (HS). Επιπλέον, η διάρκεια της φάσης υποστήριξης για το HS παρατάθηκε ελαφρώς κατά περίπου 9,2%. Αυτά τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι το FFS περιλαμβάνει ένα πιο ενεργοβόρο χτύπημα ποδιού, το οποίο ευθυγραμμίζεται με την υπάρχουσα βιβλιογραφία [3]. 2023-06-28T10:54:41Z 2023-06-28T10:54:41Z 2023-06-28 https://hdl.handle.net/10889/25231 en CC0 1.0 Universal http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ application/pdf