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Chaussures de sport: Matériaux et performances
18.12.08
Valentin Chapuis Etienne Landry-Desy
Alexandre Durussel Christophe Swistak
Plan
• Tests réalisés– Description
– Résultats
– Discussion
• Solutions Matériaux– Shear Thickening Fluids STF
– Composite Thermoplastique / Fibre de verre (TP/GF)
Chaussure type
Tests réalisés (I)
• Compression sur le talon
– Cyclique• Stabilisation après 5 cycles
– Absorption d’énergie
Compression
Compression
Tests réalisés (II)
• Flexion 3 points
– Energie absorbée
– Rigidité en flexion
– Parties A, B et AB
Flexion A
Flexion B
Tests réalisés (III)
• Test cantilever 30°
– Rigidité de l’avant du pied (joint MP - hallux)
– Moment appliqué pour obtenir 30° de rotation
Cantilever 30°
Cantilever 30°
30°
MP
Tests réalisés (IV)
• Torsion
– Intérieure / extérieure
– Rigidité en torsion
Torsion
Torsion
Rigidité
R = ΔF/ Δz
Méthode de calcul
Compression : énergie absorbée
Compression : angle de dorsiflexion
Compression : split de la semelle
Energie absorbée par les différents composants de la semelle
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Elements Dorsi 1 Chaussure Dorsi 1 Elements Dorsi 5 Chaussure Dorsi 5
En
erg
ie a
bs
orb
ée
[J
]
EVA Blanc Ext. Noir
Dorsi 1 Dorsi 5
Chaussure complète dorsi 1 Chaussure complète dorsi 5
Rigidité : flexion AFlexion 3 points, partie A
10.8 11.4
20.9
23.8
29.6
13.1
16
14.215.2
0
5
10
15
20
25
30
35
Asics
course
Saucony Stabil Dragon Asics
Volley
B-train B-spike Old B-
volley
New B-
volley
Rig
idit
és
[N
/mm
]
Course
Intérieur
Springboost
Rigidité : flexion BFlexion 3 points, partie B
23.1
17.3
9.9
18.3
6.3
14.3
21.3
10.2
16.2
0
5
10
15
20
25
Asics Course Saucony
Course
Adidas Stabil Nike Dragon Asics Volley B-Spike
Dorsi 2
New B-Volley
Dorsi 2
Old B-Volley B-Train Dorsi
3
Rig
idit
és
[N
/mm
]
Course
Intérieur
Rigidité : flexion ABFlexion 3 points, partie AB
5.9
3.7
8.1
5.8
12.512.9 13.1
8.3
1.8
0
2
4
6
8
10
12
14
Asics
Course
Saucony
Course
Adidas
Stabil
Nike
Dragon
Asics
Volley
B-Spike Old B-
Volley
New B-
Volley
B-Train
Rig
idité E
I [N
/mm
]
Concurrence:
Chaussures de course
Concurrence:
Chaussures d'intérieur
Energie absorbée :flexion AFlexion 3 points, partie A
0.329
0.456
0.166
0.2360.262
0.538
0.595
0.4340.423
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Asics Saucony Stabil Dragon Asics
volley
B-train B-spike old B-
volley
new B-
volley
En
erg
ie a
bso
rbée [
J]
Course
Intérieur
Energie absorbée :flexion BFlexion 3 points, partie B
0.14
0.51
0.08
0.19
0.08
0.14
0.51
0.12
0.47
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Asics Course Saucony
Course
Adidas Stabil Nike Dragon Asics Volley B-Spike
Dorsi 2
New B-
Volley Dorsi
2
Old B-Volley B-Train Dorsi
3
En
erg
ie d
iss
ipé
e [
J]
Course
Intérieur
Energie absorbée :flexion ABFlexion 3 points, partie AB
0.12
0.21
0.13 0.14
0.06 0.07 0.08 0.07
0.55
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Asics Course Saucony
Course
Adidas Stabil Nike Dragon Asics Volley B-Spike New B-
Volley
Old B-Volley B-Train
En
erg
ie a
bso
rbée [
J]
CourseIntérieur
Rigidité : cantilever 30°Cantilever 30°
2.5
1.8
2.3
2.9
3.2
6.1
5.5
3.9
4.8
0
1
2
3
4
5
6
7
Asics course Saucony
course
Adidas Stabil Nike dragon Asics volley B-Train B-Spike Old B-Volley New B-Volley
Rig
idit
é (
N/m
m)
Intérieur
Course
Energie absorbée : cantilever 30°Cantilever 30°
0.330.35
0.57
0.35
0.69
0.61
0.850.82
0.57
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Asics
course
Saucony
Course
Adidas
Stabil
Nike
Dragon
Asics
Volley
B-Train B-Spike Old B-
Volley
New B-
Volley
En
erg
ie a
bs
orb
ée
[J
]
Intérieur
Course
Rigidité : torsionTorsion
41.8
29.9
53.4
42.7
35.1
31.526.926.4
37.3
0
10
20
30
40
50
60
Asics
course
Saucony
course
Adidas
Stabil
Nike
Dragon
Asics
Volley
B-Spike Old B-
volley
New B-
volley
B-train
Rig
idit
é [
Nm
/rad
]
Course
Intérieur
Pause !
10 secondes pour souffler après
tous ces graphiques…
Analyse des résultats (I)Flexion AB // Rigidité vs Energie absorbée
Saucony
Stabil
B-Train
New B-Volley
Asics CDragon
Asics V
B-Spike
Old B-Volley0
100
200
300
400
500
600
0 2 4 6 8 10 12 14
Rigidité [N/mm]
En
erg
ie a
bs
orb
ée
[m
J]
Analyse des résultats (II)Rigidité vs énergie absorbée
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0
Rigidité R [N/mm]
En
erg
ie a
bs
orb
ée
E [
mJ
]
Flexion A
Flexion B
Flexion AB
B-Train Saucony
New B-VolleyStabil
Dragon
Analyse des résultats (III)
Cantilever // Energie vs Rigidité
Stabil
Dragon
B-SpikeOld B-Volley
New B-Volley
Asics C
Saucony
Asics V
B-Train
200
300
400
500
600
700
800
900
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0
Rigidité [N/mm]
En
erg
ie [
mJ
]
Analyse des résultats (IV)Rigidités // Cantilever vs Flexion A
Asics C
Saucony
Asics V
B-Spike
New B-Volley
Stabil
Dragon
B-Train
Old B-Volley
1
2
3
4
5
6
7
5 10 15 20 25 30 35
Rigidité Flexion A [N/mm]
Rig
idit
é C
an
tile
ve
r [N
/mm
]
Analyse des résultats (V)Rigidité // Torsion vs Flexion B
Saucony
Stabil
B-Train
B-Spike
Old B-Volley
New B-Volley
Asics C
Dragon
Asics V
20
25
30
35
40
45
50
55
60
5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Rigidité Flexion B [N/mm]
Rig
idit
é T
ors
ion
[N
m/r
ad
]
Confort vs performances
Solution envisagée : Shear Thickening Fluid STF
Qu’est-ce que le STF ?
• Fluide capable de se rigidifier sous certains types de sollicitation
– Déformation en cisaillement
– Fréquence / amplitude
Shear Thickening Fluid
La preuve :
• Améliore l’amortissement
• Augmente la rigidité
>> D
>> η
Peut-on utiliser le STF pour améliorer le confort et avoir de bonnes performances ?
Christian Fischer, thèse EPFL (2007)
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 Springboost
Structures sandwich avec STF
Ddéterminé par essais flexion
D
Structures sandwich
• Structure sandwich avec cœur taillé en dents de scie
• Structure sandwich en plaques
STF
STF
Fibres de verre + STF
• Structure sandwich avec fibres et STF à l’interface
EVA injecté
EVA mousse
Tests• UTS : flexion à différentes vitesses
– Déterminer la rigidité, activation du STF
• VBT: vibrations à différentes fréquences
Rigidification
Amortissement
Half-power bandwith method
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
Résultats VBT (I)
Référence – sans STF : Coefficient de rigidification = 1.8
Référence – avec STF : Coefficient de rigidification = 6.9
• Structure sandwich en plaques
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
Résultats VBT (III)
Avec le STF l’effet de rigidification est maintenu pour différentes amplitudes
Résultats VBT (IV)• Structure sandwich avec fibres et STF à l’interface
Référence – avec STF : Coefficient de rigidification = 41.3
Résultats VBT (V)
ηplaque > ηdents-de-scie > ηfibres
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
Perspectives
Quel type de chaussure pour:
•Volley•Running
…
Fréquences = ?Amplitude = ?
Choix de la structure sandwich avec STF
Ex: 20% de rigidification
Est-ce suffisant pour le percevoir, ressentir le confort et la performance ?
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 ?
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.
Remerciements
• Aimée Challande
• David Bourgit
• Jörg Fuchslocher
• P.-Etienne Bourban
• François Bonjour
• Cristian Neagu
• Julien Carron
Springboost LTC