Desain sepatu sport berkembang pesat dengan tujuan mengurangi cedera dan meningkatkan kenyamanan pengguna. Pengurangan cedera dilakukan dengan cara memperbesar energi yang diserap dari beban akibat pengguna berlari atau melompat. Pada penelitian ini dilakukan penambahan wave spring yang digunakan sebagai mekanisme penyerap beban.
Pemodelan desain sepatu dilakukan pada sol sepatu dengan menggunakan bantuan software finite element method (FEM) Ansys 14.5 Academic.
Model awal dilakukan untuk mengetahui batas deformasi sol sepatu yang akan dimanfaatkan sebagai input model berikutnya yaitu model dengan diberikan inovasi penambahan wave spring. Analisa difokuskan pada sol sepatu bagian belakang (tumit kaki).
Dari hasil simulasi, didapatkan bahwa penyerapan energi sol sepatu dengan penambahan wave spring lebih besar daripada penyerapan energi sol sepatu tanpa penambahan wave spring, sehingga penambahan wave spring memungkinkan untuk diaplikasikan pada desain sepatu sol sepatu sport.
PENDAHULUAN
Sepatu sport harus didesain untuk mendukung kebutuhan penggunanya khususnya pada saat berolahraga. Penggunaan sepatu sport dapat dikategorikan menjadi dua yaitu pada beban ringan (ketika jalan kaki) dan pada beban berat (ketika berlari atau meloncat). Pada kondisi beban berat,sepatu sport harus mampu mereduksi atau meredam beban kejut.
Perkembangan penelitian sepatu salah satunya adalah tentang pengaruh penggunaan bantalan sol bagian dalam untuk mengurangi beban kejut saat pengguna berlari [1].
Penggunaan CAD-FEM modelling telah dikembangkan untuk meningkatkan kemampuan sol sepatu, dimana ketebalan dan jenis material sangat berpengaruh terhadap tingkat kenyamanan pengguna sepatu [2].
Metode untuk analisis dinamik pada sepatu sport dikembangkan dengan memakai elemen jenis truss yang mempunyai karakteristik pemegasan non-linear dan dumper [4].
desain sepatu Wave spring merupakan pegas yang mempunyai bentuk bergelombang.Wave spring dapat difungsikan sebagai peredam beban kejut.
Kelebihan wave spring yaitu dapat diaplikasikan pada tempat yang relative sempit. Penelitian ini bertujuan untuk memanfaatkan wave spring yang ditambahkan pada sol sepatu sebagai inovasi untuk memperbesar penyerapan beban kejut, sehingga diharapkan cidera pada kaki dapat dikurangi.
METODE
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimental semu yaitu metode simulasi dengan menggunakan software yang berbasis elemen hingga.
Metode ini bertujuan untuk mendapatkan informasi yang digunakan sebagai acuan atau perkiraan dalam eksperimen nyata. Gambar 1 menunjukkan inovasi yang dilakukan dengan memberikan penambahan wave spring pada sol sepatu.
Pemodelan difokuskan pada sol sepatu bagian belakang (daerah tumit) dengan menggunakan bantuan software finite element method (FEM) Ansys 14.5 Academic.Pemodelan dibuat dua macam yaitu model sol sepatu tanpa penambahan desain sepatu wave spring dan model sol sepatu dengan penambahan wave spring (Gambar 2). Energi yang diserap pada sol sepatu tanpa penambahan wave spring akan dibandingkan dengan energi yang diserap pada sol sepatu dengan penambahan wave spring.
Sol sepatu dan wave spring digambar dengan menggunakan bantuan software CAD, dimana hasil gambar CAD diekspor ke software Ansys 14.5 Academic dalam bentuk file *.IGS. Wave spring yang digunakan adalah type single series SSR 0212 dengan geometri dan dimensi seperti pada Gambar 3 dan Tabel 1 [4].
Dimensi sol sepatu bagian tumit ditunjukan Gambar 4.
Material yang digunakan untuk wave spring adalah carbon steel, untuk sol bagian atas adalah polyurethane elastomer dan untuk sol bagian luar adalah rubber dengan material property ditunjukan pada Tabel2 dan Tabel 3.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pemodelan beban dari berat badan pengguna ditunjukkan pada Gambar 5.Pembebanan pada sol sepatu dilakukan dalam waktu 0,1 detik. Beban ini ditentukan berdasarkan berat badan rata-rata pengguna sepatu sport ( + 69 Kg), dengan beban kejut pada kaki sebesar 1,32 % berat badan, sehingga beban yang digunakan pada pemodelan ini sebesar 892,584 N dalam bentuk quasi-statik.
Energi merupakan korelasi antara gaya dan jarak perpindahan dari suatu benda.
U=∫x1x2Pdx
U=\int_{x 1}^{x^{2}} P d x
dimana, U adalah usaha yang dibutuhkan, x1 dan x2 merupakan jarak perpindahan, P adalah gaya reaksi yang dihasilkan ketika sol sepatu mendapat beban kejut. Maka usaha perpindahan dari x1ke x2 samadengan luas daerah dibawah kurva [5].
Gambar 6 menunjukan bahw aadanya pembebanan pada sol sepatu mempengaruhi besar gaya reaksi. Gaya reaksi menunjukan peningkatan seiring bertambahnya deformasi. Akan tetapi pada titik tertentu nilai gaya reaksi mengalami penurunan dan pada titik tertentu mengalami kenaikan kembali.
Gaya reaksi pada sol sepatu dengan penambahan wave spring lebih besar dibandingkan dengan gaya reaksi pada pada sol sepatu tanpa penambahan wave spring.
Hal ini dikarenakan adanya gaya reaksi dari wave spring, sehingga total gaya reaksi yang terjadi merupakan penjumlahan dari gaya reaksi wave spring dan sol sepatu.Energi yang diserap dapat dihitung dengan cara menghitung luasan di bawah Grafik hubungan antara deformasi dan gaya reaksi pada sol sepatu.
Prosedur perhitungan dilakukan dengan mentransfer grafik pada software CAD dan luasan dihitung dengan cara menandai path line grafik dan memanfaatkan fasilitas penghitungan surface berupa luasan di bawah grafik tersebut.
Besar energi yang diserap pada sol sepatu dengan penambahan desain sepatu wave spring sebesar14,1 joule sedang kan besar energi yang diserap tanpa penambahan wave spring sebesar 13,33 joule, sehingga efisiensi energi yang diserap dengan penambahan wave spring sebesar6,24 %.
Hasil ini masih belum terlalu siginifikan dikarenakan model belum mengadopsi model beban impak yang riil tetapi masih memodelkan dengan beban pendekatan secara quasi static.Untuk penelitian selanjutnya dapat dikembangkan aplikasi beban impak dan penggunaan properties material pada produk sepatu sport yang ada dalam negeri.
KESIMPULAN
Dari hasil analisa desain sepatu dengan penambahan dan tanpa penambahan wave spring dapat disimpulkan bahwa :
- Penambahan wave spring dapat meningkatkan penyerapan energy pada sol sepatu sport
- Penambahan wave spring memungkinkan untuk diaplikasikan pada sol sepatu sport
UCAPAN TERIMAKASIH
Diucapkan terimakasih kepada Teknik Mesin Universitas Brawijaya yang telah menyediakan fasilitas unit computer dan software Ansys 14.5 Academic, seluruh asisten Studio Perancangan dan Rekayasa Sistem Teknik Mesin Universitas Brawijaya yang telah membantu penyelesaian penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Katherine O’Leary, MPT, Kristin Anderson Vorpahl, MPT,OTR, Bryan Heiderscheit, PT,PhD, Effect of Cushioned Insoles on Impact Force During Running, Vol 98.No 1, January/February 2008
[2] Pasquale Franciosa, Salvatore Gerbino, Antonio Lanzotti, Luca Silvestri, Improving Comfort of Shoe Sole Through Experiments Based on CAD-FEM Modeling, Medical Engineering & Physics 35, 36-46, 2013.
[3] Sekiya Koike, ShinpeiOkina, A Modeling Method of Sport Shoes for Dynamic Analysis of ShoeBody Coupled System, Procedia Engineering 34, 272-277, 2012.
[4] Smalley Steel Ring Company, 2011
[5] P. Beer Ferdinand, Johnston E.Russell, dkk, Mechanics of Material .The McGraw-Hill Companies: Americas, New York (hal:695), 2012.
Last Updated on 21 Agustus 2022
