Удар (механика)

В механике и физике — шок это внезапное ускорение , вызванное, например, ударом , падением, толчком, землетрясением или взрывом . Шок – преходящее физическое возбуждение.

Шок описывает материю, на которую действуют экстремальные силы по отношению ко времени. Удар — это вектор, имеющий единицы ускорения (скорости изменения скорости). Единица g (или g ) представляет собой кратное стандартному ускорению свободного падения и используется традиционно.

Ударный импульс можно охарактеризовать максимальным ускорением, длительностью и формой ударного импульса (полусинусоидальная, треугольная, трапециевидная и т. д.). Спектр реакции на удар — это метод дальнейшей оценки механического удара. ^[1]

Измерение удара

Измерение шока представляет интерес в нескольких областях, таких как

Распространение пяточного удара по телу бегуна. ^[2]
Измерьте силу удара, необходимого для нанесения ущерба предмету: хрупкость . ^[3]
Измерьте ослабление ударов через спортивный пол ^[4]
Измерение эффективности амортизатора ^[5]
Измерение амортизирующей способности упаковки . ^[6]
Измерьте способность спортивного шлема защищать людей ^[7]
Измерьте эффективность амортизаторов
Определение способности конструкций противостоять сейсмическим воздействиям: землетрясениям и т.п. ^[8]
Определение того, ослабляет или усиливает удары ткань индивидуальной защиты. ^[9]
Проверка способности корабля ВМФ и его оборудования выдержать взрывные удары. ^[10]^[11]

Удары обычно измеряются акселерометрами , но также используются другие датчики и высокоскоростные методы визуализации. ^[12] широкий выбор лабораторного оборудования Доступен автономные регистраторы ударных данных ; Также используются .

Полевые толчки весьма изменчивы и часто имеют очень неровную форму. Даже шоки, контролируемые в лаборатории, часто имеют неровную форму и включают кратковременные всплески; Шум можно уменьшить с помощью соответствующей цифровой или аналоговой фильтрации. ^[13]^[14]

Руководящие методы испытаний и спецификации содержат подробную информацию о проведении ударных испытаний. Правильное размещение измерительных инструментов имеет решающее значение. Хрупкие предметы и упакованные товары по-разному реагируют на однородные лабораторные шоки; ^[15] Часто требуется повторное тестирование. Например, MIL-STD-810 G Method 516.6 указывает: не менее трех раз в обоих направлениях вдоль каждой из трех ортогональных осей».

Шоковое тестирование

Испытания на удар обычно делятся на две категории: классические испытания на удар и испытания на пирошок или баллистический удар. Классическое ударное испытание состоит из следующих ударных импульсов: полусинусоидального , гаверсинуса, пилообразной волны и трапецеидальной . Испытания на пирошок и баллистический удар являются специализированными и не считаются классическими ударами. Классические удары могут выполняться на электродинамических (ED) шейкерах, башенных башенных устройствах свободного падения или пневматических шоковых машинах. Классический ударный импульс создается при резком изменении направления стола ударной машины. Это резкое изменение направления вызывает быстрое изменение скорости, которое создает ударный импульс. Испытания последствий удара иногда проводятся в приложениях для конечного использования: например, краш-тесты автомобилей .

Использование надлежащих методов тестирования и протоколов проверки и валидации важно для всех этапов тестирования и оценки.

Эффекты шока

Механический удар может привести к повреждению предмета (например, всей лампочки ) или элемента предмета (например, нити накаливания в лампочке накаливания ):

Хрупкий . или хрупкий предмет может сломаться Например, два хрустальных бокала для вина могут разбиться при ударе друг о друга. Срезной штифт в двигателе рассчитан на разрушение при ударе определенной силы. Обратите внимание, что мягкий пластичный материал иногда может проявлять хрупкое разрушение во время удара из-за суперпозиции времени и температуры .
предмет Податливый можно согнуть от удара. Например, медный кувшин может погнуться, если его уронить на пол.
Может показаться, что некоторые предметы не были повреждены одним ударом, но будут испытывать усталостное разрушение при многочисленных повторяющихся ударах низкой мощности.
Удар может привести лишь к незначительному повреждению, которое может не иметь критического значения для использования. Однако совокупный незначительный ущерб от нескольких ударов в конечном итоге приведет к тому, что предмет станет непригодным для использования.
Удар может не привести к немедленному видимому повреждению, но может привести к сокращению срока службы изделия: надежность снижается.
Удар может привести к тому, что элемент выйдет из строя. Например, когда точный научный прибор подвергается умеренному удару, хорошей метрологической практикой может быть его повторная калибровка перед дальнейшим использованием.
Некоторые материалы, такие как первичные бризантные взрывчатые вещества, могут взорваться при механическом ударе или ударе.
Когда стеклянные бутылки с жидкостью падают или подвергаются ударам, эффект гидроудара может вызвать гидродинамическое разрушение стекла. ^[16]

Соображения

Если лабораторные испытания, полевой опыт или инженерное заключение указывают на то, что предмет может быть поврежден в результате механического удара, можно рассмотреть несколько вариантов действий: ^[17]

Уменьшите и контролируйте входной удар в источнике.
Модифицируйте предмет, чтобы повысить его прочность , или поддержите его, чтобы он лучше выдерживал удары.
Используйте амортизаторы , амортизаторы или подушки, чтобы контролировать удар, передаваемый предмету. Амортизация ^[18] уменьшает пиковое ускорение за счет увеличения продолжительности удара.
Планируйте неудачи: примите определенные потери. Иметь в наличии резервные системы и т. д.

См. также

коэффициент восстановления - коэффициент, характеризующий неупругие столкновения.
Амортизация — защитная упаковка.
Упругое столкновение - Столкновение, при котором сохраняется кинетическая энергия.
Механика разрушения - Исследование распространения трещин в материалах.
Вязкость разрушения - коэффициент интенсивности напряжений, при котором распространение трещины резко увеличивается.
G-сила - термин, обозначающий ускорения, ощущаемые как вес, кратный стандартной силе тяжести.
Удар (механика) – сильная сила или удар, приложенный в течение короткого периода времени во время столкновения на высокой скорости.
Рывок (физика) – Скорость изменения ускорения со временем.
Модальное тестирование
Пластическое столкновение – столкновение, при котором энергия теряется в результате нагрева.
Пирошок
Спектр ответа
Амортизирующее крепление - устройство, используемое для виброизоляции.
Регистратор данных шока
Детектор удара – индикатор физического удара или удара.
Ударная волна – Распространяющееся возмущение
Термический удар – нагрузка, вызванная быстрым изменением температуры.
Вибрация – механические колебания вокруг точки равновесия.
Гидравлический удар – скачок давления, когда жидкость вынуждена внезапно остановиться или изменить направление.
МИЛ-С-901
MIL-STD-810 – Военный стандарт, раздел 516.6, ударопрочность

Примечания

^ Александр, Дж. Эдвард (2009). «Спектр шоковой реакции – учебник» (PDF) . Материалы IMAC-XXVII, 9–12 февраля 2009 г., Орландо, Флорида, США . Общество экспериментальной механики. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г.
^ Диккенсен, Дж. А. (1985). «Измерение ударных волн после удара пяткой во время бега». Журнал биомеханики . 18 (6): 415–422. дои : 10.1016/0021-9290(85)90276-3 . ПМИД 4030798 .
^ ASTM D3332-99 (2010) Стандартные методы испытаний хрупкости изделий при механическом ударе с использованием ударных машин.
^ ASTM F1543-96 (2007) Стандартные спецификации для свойств амортизации ударов поверхностей ограждений
^ Вален, А.Е. (1995). «Характеристика амортизаторов для моделирования наземной техники». ДЖТЕ . 23 (4). АСТМ Интернешнл. ISSN 0090-3973 .
^ ASTM D1596-14 Стандартный метод испытаний характеристик динамической амортизации упаковочного материала
^ ASTM F429-10 Стандартный метод испытаний характеристик амортизации защитных головных уборов для футбола
^ ASTM STP209 Проектирование и испытания строительных конструкций: Симпозиумы по сейсмическим и ударным нагрузкам, клееным ламинированным и другим конструкциям.
^ Гибсон, PW (1983). «Усиление ударных волн текстильными материалами» (PDF) . J Текстильный институт . 86 (1): 167–177. Архивировано из оригинала (PDF) 27 декабря 2016 года . Проверено 14 февраля 2015 г.
^ Критерии ударного проектирования надводных кораблей (PDF) , том. NAVSEA-908-LP-000-3010, ВМС США, 1995 г., заархивировано из оригинала (PDF) 14 февраля 2015 г. , получено 14 февраля 2015 г.
^ "MIL-S-901D (ВМФ), ВОЕННАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ: УДАРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ. ВЫСОКИЕ (ВЫСОКИЕ УДАРНЫЕ) СУДОВЫЕ МАШИНЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И СИСТЕМЫ, ТРЕБОВАНИЯ ДЛЯ"
^ Сеттлс, Гэри С. (2006), Высокоскоростная визуализация ударной волны, взрывов и выстрелов , том. 94, Американский учёный, стр. 22–31.
^ ASTM D6537-00 (2014) Стандартная практика инструментальных ударных испытаний упаковки для определения характеристик упаковки
^ Кипп, Висконсин (февраль 2002 г.), ПРИБОР ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ РАБОТЫ УПАКОВКИ (PDF) , Dimensions.02, Международная ассоциация безопасного транзита, заархивировано из оригинала (PDF) 7 февраля 2015 г. , получено 5 февраля 2015 г.
^ Отчет об исследовании ASTM D10-1004, ASTM International
^ Сайто, С. (1999). «Разрушение стеклянной тары гидроударом». Международный стекольный журнал . Фаэнца Эдитрис. ISSN 1123-5063 .
^ Берджесс, Дж. (март 2000 г.). «Расширение и оценка модели усталости для ударной хрупкости продукта, используемой при проектировании упаковки». J. Тестирование и оценка . 28 (2).
^ «Дизайн амортизации упаковки» (PDF) . Министерство обороны. 1997.

Дальнейшее чтение

ДеСильва, CW, «Справочник по вибрации и ударам», CRC, 2005 г., ISBN 0-8493-1580-8
Харрис, К.М., и Пирсол, А.Г. «Справочник по ударам и вибрации», 2001, McGraw Hill, ISBN 0-07-137081-1
ISO 18431:2007 – Механическая вибрация и удары.
ASTM D6537, Стандартная практика инструментальных ударных испытаний упаковки для определения характеристик упаковки.
MIL-STD-810 G, Методы испытаний на воздействие окружающей среды и технические рекомендации, 2000 г., раздел 516.6.
Броглиато, Б., «Негладкая механика. Модели, динамика и управление», Springer London, 2-е издание, 1999.

Внешние ссылки

Реакция на механический удар, Министерство энергетики, [1]
Shock Response Spectrum, учебник для начинающих, [2]
Исследование применения SRS, [3]

[1] Александр, Дж. Эдвард (2009). «Спектр шоковой реакции – учебник» (PDF) . Материалы IMAC-XXVII, 9–12 февраля 2009 г., Орландо, Флорида, США . Общество экспериментальной механики. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г.

[2] Диккенсен, Дж. А. (1985). «Измерение ударных волн после удара пяткой во время бега». Журнал биомеханики . 18 (6): 415–422. дои : 10.1016/0021-9290(85)90276-3 . ПМИД 4030798 .

[3] ASTM D3332-99 (2010) Стандартные методы испытаний хрупкости изделий при механическом ударе с использованием ударных машин.

[4] ASTM F1543-96 (2007) Стандартные спецификации для свойств амортизации ударов поверхностей ограждений

[5] Вален, А.Е. (1995). «Характеристика амортизаторов для моделирования наземной техники». ДЖТЕ . 23 (4). АСТМ Интернешнл. ISSN 0090-3973 .

[6] ASTM D1596-14 Стандартный метод испытаний характеристик динамической амортизации упаковочного материала

[7] ASTM F429-10 Стандартный метод испытаний характеристик амортизации защитных головных уборов для футбола

[8] ASTM STP209 Проектирование и испытания строительных конструкций: Симпозиумы по сейсмическим и ударным нагрузкам, клееным ламинированным и другим конструкциям.

[9] Гибсон, PW (1983). «Усиление ударных волн текстильными материалами» (PDF) . J Текстильный институт . 86 (1): 167–177. Архивировано из оригинала (PDF) 27 декабря 2016 года . Проверено 14 февраля 2015 г.

[10] Критерии ударного проектирования надводных кораблей (PDF) , том. NAVSEA-908-LP-000-3010, ВМС США, 1995 г., заархивировано из оригинала (PDF) 14 февраля 2015 г. , получено 14 февраля 2015 г.

[11] "MIL-S-901D (ВМФ), ВОЕННАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ: УДАРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ. ВЫСОКИЕ (ВЫСОКИЕ УДАРНЫЕ) СУДОВЫЕ МАШИНЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И СИСТЕМЫ, ТРЕБОВАНИЯ ДЛЯ"

[12] Сеттлс, Гэри С. (2006), Высокоскоростная визуализация ударной волны, взрывов и выстрелов , том. 94, Американский учёный, стр. 22–31.

[13] ASTM D6537-00 (2014) Стандартная практика инструментальных ударных испытаний упаковки для определения характеристик упаковки

[14] Кипп, Висконсин (февраль 2002 г.), ПРИБОР ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ РАБОТЫ УПАКОВКИ (PDF) , Dimensions.02, Международная ассоциация безопасного транзита, заархивировано из оригинала (PDF) 7 февраля 2015 г. , получено 5 февраля 2015 г.

[15] Отчет об исследовании ASTM D10-1004, ASTM International

[16] Сайто, С. (1999). «Разрушение стеклянной тары гидроударом». Международный стекольный журнал . Фаэнца Эдитрис. ISSN 1123-5063 .

[17] Берджесс, Дж. (март 2000 г.). «Расширение и оценка модели усталости для ударной хрупкости продукта, используемой при проектировании упаковки». J. Тестирование и оценка . 28 (2).

[18] «Дизайн амортизации упаковки» (PDF) . Министерство обороны. 1997.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]