Lumped parameter and modal models to simulate ground reaction forces due to running - Zanetti, Lucas Rhea (2021)
A corrida é uma atividade física de destaque na vida de muitas pessoas, quer seja como um modo de se manter a saúde do corpo, quer seja como esporte de alto rendimento. Pelo fato de ser uma atividade física, a corrida envolve o risco de ocorrência de lesões. Desde o início do século XX tem se estudado os mecanismos envolvidos durante a corrida e características que possam estar relacionadas à ocorrência de lesões. Uma das principais características relacionadas a lesões durante uma corrida é a força de reação do solo. Além de metodologias experimentais, modelos matemáticos têm sido utilizados como uma alternativa importante para simular as forças de reação do solo. Esta tese busca estudar a força de reação do solo durante uma corrida utilizando e comparando modelos matemáticos, propondo um novo modelo de parâmetros concentrados para a simulação de contato na interface pé/solo e propondo um novo modelo para a simulação das forças verticais de reação do solo. Um modelo linear de parâmetros concentrados para o contato entre o pé e o solo foi proposto e comparado com um conhecido modelo não-linear da literatura. O modelo proposto foi capaz de simular com boa aproximação o comportamento do modelo não-linear em ambas as condições de solado macio e duro. Um procedimento geral de análise modal em espaço de estados foi discutido e aplicado a dois modelos de parâmetros concentrados diferentes a fim de se analisar a presença de modos dominantes. Os modos dominantes foram observados e foi possível concluir que três modos são suficientes para representar a dinâmica envolvida na força vertical de reação do solo. Com base no comportamento dos modos dominantes, um modelo modal foi proposto para a simulação das forças verticais de reação do solo durante a corrida. O modelo foi testado utilizando seis conjuntos de dados experimentais de forças verticais de reação do solo da literatura. O modelo foi capaz de reproduzir bom grau de precisão os perfis experimentais de forças de reação do solo, apesar de haver certa variabilidade nos parâmetros obtidos do modelo para os modos na simulação de cada conjunto de dados experimentais, o que torna um pouco difícil a interpretação física para cada conjunto de dados.