유한요소 해석을 통한 스포츠화의 런닝 시 착지충격 특성평가

Abstract

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, MIF 및 주파수 응답과 같은 착지충격 특성들을 분석하였다. 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 of the dynamic responses of sport shoes and human foot, particularly the landing impact characteristics. It is because the landing impact force is a main source of unexpected injuries and influences the playing performance in court sport activities. This paper addresses the application of finite element method to the evaluation of landing impact characteristics of barefoot and several representative court sport shoes in running. In order to accurately reflect the coupling effect between human foot and shoes accurately, we construct a fully coupled three-diemensional foot-shoe FEM model which does not rely on the independent experimental data any more. Through the numerical simulation, we assessed the reliability of the numerical FEM model by comparing with the experimental results and investigated the landing impact characteristics, such as GRF, MIF, acceleration and frequency responses, of representative court sport shoes.