Perfromance Shoes Testing

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Reproducible mechanical tests have been developed to characterize shoes performance in terms of bending and torsion stiffness and heel energy absorption. The use of smart materials, and particularly STF, to improve the shoes performance is discussed.

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Perfromance Shoes Testing

  1. 1. Valentin Chapuis Etienne Landry-Desy Alexandre Durussel Christophe Swistak Chaussures de sport: Matériaux et performances 18.12.08
  2. 2. Plan • Tests réalisés – Description – Résultats – Discussion • Solutions Matériaux – Shear Thickening Fluids STF – Composite Thermoplastique / Fibre de verre (TP/GF)
  3. 3. Chaussure type
  4. 4. Tests réalisés (I) • Compression sur le talon – Cyclique • Stabilisation après 5 cycles – Absorption d’énergie
  5. 5. Compression
  6. 6. Compression
  7. 7. Tests réalisés (II) • Flexion 3 points – Energie absorbée – Rigidité en flexion – Parties A, B et AB
  8. 8. Flexion A
  9. 9. Flexion B
  10. 10. Tests réalisés (III) • Test cantilever 30° – Rigidité de l’avant du pied (joint MP - hallux) – Moment appliqué pour obtenir 30° de rotation
  11. 11. Cantilever 30°
  12. 12. Cantilever 30° 30° MP
  13. 13. Tests réalisés (IV) • Torsion – Intérieure / extérieure – Rigidité en torsion
  14. 14. Torsion
  15. 15. Torsion
  16. 16. Méthode de calcul Rigidité R = ΔF/ Δz
  17. 17. Compression : énergie absorbée
  18. 18. Compression : angle de dorsiflexion
  19. 19. Compression : split de la semelle Energie absorbée par les différents composants de la semelle EVA Blanc Ext. Noir 1.4 Dorsi 1 Dorsi 5 Chaussure complète dorsi 1 Chaussure complète dorsi 5 1.2 1 Energie absorbée [J] 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Elements Dorsi 1 Chaussure Dorsi 1 Elements Dorsi 5 Chaussure Dorsi 5
  20. 20. Rigidité : flexion A Flexion 3 points, partie A 35 Springboost 29.6 30 Intérieur 25 23.8 Rigidités [N/mm] 20.9 Course 20 16 15.2 15 14.2 13.1 10.8 11.4 10 5 0 Asics Saucony Stabil Dragon Asics B-train B-spike Old B- New B- course Volley volley volley
  21. 21. Rigidité : flexion B Flexion 3 points, partie B Intérieur 25 Course 23.1 21.3 20 18.3 17.3 16.2 Rigidités [N/mm] 15 14.3 10.2 9.9 10 6.3 5 0 Asics Course Saucony Adidas Stabil Nike Dragon Asics Volley B-Spike New B-Volley Old B-Volley B-Train Dorsi Course Dorsi 2 Dorsi 2 3
  22. 22. Rigidité : flexion AB Flexion 3 points, partie AB Concurrence: Chaussures d'intérieur 14 13.1 12.9 12.5 12 10 Rigidité EI [N/mm] Concurrence: 8.3 8.1 Chaussures de course 8 5.9 5.8 6 4 3.7 1.8 2 0 Asics Saucony Adidas Nike Asics B-Spike Old B- New B- B-Train Course Course Stabil Dragon Volley Volley Volley
  23. 23. Energie absorbée :flexion A Flexion 3 points, partie A 0.7 Intérieur 0.595 0.6 0.538 Course 0.5 Energie absorbée [J] 0.434 0.456 0.423 0.4 0.329 0.3 0.262 0.236 0.2 0.166 0.1 0 Asics Saucony Stabil Dragon Asics B-train B-spike old B- new B- volley volley volley
  24. 24. Energie absorbée :flexion B Flexion 3 points, partie B Course 0.6 0.51 0.51 0.5 0.47 Energie dissipée [J] 0.4 0.3 Intérieur 0.19 0.2 0.14 0.14 0.12 0.1 0.08 0.08 0 Asics Course Saucony Adidas Stabil Nike Dragon Asics Volley B-Spike New B- Old B-Volley B-Train Dorsi Course Dorsi 2 Volley Dorsi 3 2
  25. 25. Energie absorbée :flexion AB Flexion 3 points, partie AB 0.6 0.55 0.5 Energie absorbée [J] 0.4 Course 0.3 Intérieur 0.21 0.2 0.13 0.14 0.12 0.1 0.07 0.08 0.07 0.06 0 Asics Course Saucony Adidas Stabil Nike Dragon Asics Volley B-Spike New B- Old B-Volley B-Train Course Volley
  26. 26. Rigidité : cantilever 30° Cantilever 30° 7 6.1 6 5.5 5 4.8 Rigidité (N/mm) Intérieur 3.9 4 Course 3.2 2.9 3 2.5 2.3 2 1.8 1 0 Asics course Saucony Adidas Stabil Nike dragon Asics volley B-Train B-Spike Old B-Volley New B-Volley course
  27. 27. Energie absorbée : cantilever 30° Cantilever 30° 0.9 0.85 0.82 Intérieur 0.8 0.69 0.7 0.61 0.6 0.57 0.57 Energie absorbée [J] 0.5 Course 0.4 0.35 0.35 0.33 0.3 0.2 0.1 0.0 Asics Saucony Adidas Nike Asics B-Train B-Spike Old B- New B- course Course Stabil Dragon Volley Volley Volley
  28. 28. Rigidité : torsion Torsion Intérieur 60 53.4 50 Course 41.8 42.7 37.3 Rigidité [Nm/rad] 40 35.1 31.5 26.4 29.9 26.9 30 20 10 0 Asics Saucony Adidas Nike Asics B-Spike Old B- New B- B-train course course Stabil Dragon Volley volley volley
  29. 29. Pause ! 10 secondes pour souffler après tous ces graphiques…
  30. 30. Analyse des résultats (I) Flexion AB // Rigidité vs Energie absorbée 600 B-Train 500 Energie absorbée [mJ] 400 300 Saucony 200 Dragon Stabil Asics C B-Spike 100 New B-Volley Asics V Old B-Volley 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Rigidité [N/mm]
  31. 31. Analyse des résultats (II) Rigidité vs énergie absorbée 700.0 Flexion A Stabil New B-Volley Flexion B 600.0 Flexion AB Dragon Energie absorbée E [mJ] 500.0 B-Train Saucony 400.0 300.0 200.0 100.0 0.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 Rigidité R [N/mm]
  32. 32. Analyse des résultats (III) Cantilever // Energie vs Rigidité 900 B-Spike Old B-Volley 800 700 Asics V Energie [mJ] B-Train 600 Stabil New B-Volley 500 400 Saucony Dragon 300 Asics C 200 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 Rigidité [N/mm]
  33. 33. Analyse des résultats (IV) Rigidités // Cantilever vs Flexion A 7 B-Train 6 Rigidité Cantilever [N/mm] B-Spike 5 New B-Volley 4 Old B-Volley Asics V 3 Dragon Asics C Stabil 2 Saucony 1 5 10 15 20 25 30 35 Rigidité Flexion A [N/mm]
  34. 34. Analyse des résultats (V) Rigidité // Torsion vs Flexion B 60 55 Asics V Rigidité Torsion [Nm/rad] 50 45 B-Spike Stabil 40 Asics C 35 Old B-Volley New B-Volley 30 Dragon B-Train Saucony 25 20 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 Rigidité Flexion B [N/mm]
  35. 35. Confort vs performances Solution envisagée : Shear Thickening Fluid STF
  36. 36. Qu’est-ce que le STF ? • Fluide capable de se rigidifier sous certains types de sollicitation – Déformation en cisaillement – Fréquence / amplitude
  37. 37. Shear Thickening Fluid >> D La preuve : • Améliore l’amortissement >> η • Augmente la rigidité Christian Fischer, thèse EPFL (2007) Peut-on utiliser le STF pour améliorer le confort et avoir de bonnes performances ?
  38. 38. Méthode • Challenge – avoir une rigidité suffisante tout en augmentant le confort • Solution – Trouver un design de structure sandwich qui permette d’obtenir la même rigidité Chaussure Structures Springboost sandwich avec STF D déterminé par D essais flexion
  39. 39. Structures sandwich • Structure sandwich EVA injecté EVA mousse STF en plaques • Structure sandwich avec cœur taillé en STF dents de scie • Structure sandwich Fibres de avec fibres et STF verre + STF à l’interface
  40. 40. Tests • UTS : flexion à différentes vitesses – Déterminer la rigidité, activation du STF • VBT: vibrations à différentes fréquences Rigidification Amortissement Half-power bandwith method
  41. 41. Résultats UTS • Fibres: rigidité augmente avec la vitesse activation du STF à l’interface • Dents-de-scie / plaques: pas d’activation, vitesse de cisaillement trop faible
  42. 42. Résultats VBT (I) • Structure sandwich en plaques Référence – sans STF : Coefficient de rigidification = 1.8 Référence – avec STF : Coefficient de rigidification = 6.9
  43. 43. Résultats VBT (II) • Structure sandwich taillée en dents de scie Référence – sans STF : Coefficient de rigidification = 16.4 Référence – avec STF : Coefficient de rigidification = 18.9
  44. 44. Résultats VBT (III) Avec le STF l’effet de rigidification est maintenu pour différentes amplitudes
  45. 45. Résultats VBT (IV) • Structure sandwich avec fibres et STF à l’interface Référence – avec STF : Coefficient de rigidification = 41.3
  46. 46. Résultats VBT (V) ηplaque > ηdents-de-scie > ηfibres
  47. 47. Conclusion STF • Coefficient de rigidification k entre la référence et structures sandwich avec STF: kfibres > kdents de scie > kplaques • Amortissement: ηplaque > ηdents de scie > ηfibres
  48. 48. Perspectives Quel type de chaussure pour: Fréquences = ? Choix de la structure •Volley Amplitude = ? sandwich avec STF •Running … Ex: 20% de rigidification Est-ce suffisant pour le percevoir, ressentir le confort et la performance ?
  49. 49. TP/GF • Fibres imprégnées puis déposées par robotique et surinjectées • Différents types de renforts – UD  Rigidité en flexion – Tissé  Rigidité en torsion • Renforts localisés – Géométrie libre – Inconfort localisé ?
  50. 50. Conclusions • Tests mécaniques reproductibles développés • Chaussures Springboost caractérisées par rapport à la concurrence • Des matériaux actifs peuvent être utilisés pour adapter les propriétés en fonction des sollicitations.
  51. 51. Remerciements Springboost LTC • Aimée Challande • P.-Etienne Bourban • David Bourgit • François Bonjour • Jörg Fuchslocher • Cristian Neagu • Julien Carron

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