Удар (механика)

В механике ударом называется двух тел столкновение . Во время этого столкновения оба тела замедляются. Замедление вызывает большую силу или удар , приложенный в течение короткого периода времени. Высокая сила, действующая в течение короткого периода времени, обычно наносит больший ущерб обоим телам, чем меньшая сила, приложенная в течение пропорционально более длительного периода времени.

На обычных скоростях во время совершенно неупругого столкновения объект, в который попадает снаряд, деформируется , и эта деформация поглотит большую часть или всю силу столкновения. С точки сохранения энергии зрения кинетическая энергия снаряда превращается в тепловую и звуковую энергию в результате деформаций и вибраций, возникающих в поражаемом объекте. Однако эти деформации и вибрации не могут возникнуть мгновенно. Столкновение на высокой скорости (удар) не дает достаточного времени для возникновения этих деформаций и вибраций. Таким образом, ударяемый материал ведет себя так, как если бы он был более хрупким , чем мог бы быть в противном случае, и большая часть приложенной силы уходит на разрушение материала. Или можно взглянуть на это по-другому: материалы на самом деле более хрупкие в коротких временных масштабах, чем в длинных: это связано с суперпозицией времени и температуры .Ударопрочность снижается с увеличением модуля упругости , а это означает, что более жесткие материалы будут иметь меньшую ударопрочность. Эластичные материалы будут иметь лучшую ударопрочность.

Различные материалы могут вести себя по-разному при ударе по сравнению с условиями статической нагрузки. Пластичные материалы, такие как сталь, имеют тенденцию становиться более хрупкими при высоких скоростях нагрузки, и, растрескивание если не происходит проникновения, на обратной стороне удара может произойти . Способ распределения кинетической энергии по сечению также важен для определения его реакции. Снаряды прикладывают контактное напряжение Герца в точке удара к твердому телу, с сжимающими напряжениями под острием, но с изгибающими нагрузками на небольшом расстоянии. слабее, Поскольку большинство материалов при растяжении чем при сжатии, в этой зоне обычно образуются и растут трещины.

Приложения

Гвоздь ударом забивают серией ударов, каждый из которых наносится одним молотка . Эти высокоскоростные удары преодолевают статическое трение между гвоздем и основой. Сваебой достигает той же цели , хотя и в гораздо большем масштабе: этот метод обычно используется в проектах гражданского строительства для устройства фундаментов зданий и мостов. Ударный гайковерт — это устройство, предназначенное для приложения крутящего момента к болтам с целью их затягивания или ослабления. На нормальных скоростях силы, приложенные к болту, будут распределяться за счет трения на сопрягаемую резьбу. Однако на скоростях удара на затвор действуют силы, перемещающие его, прежде чем они успевают рассеяться. В баллистике пули используют силу удара, чтобы пробить поверхности, которые в противном случае могли бы противостоять значительным силам. Например, резиновый лист ведет себя больше как стекло при типичной скорости пули. То есть он ломается, а не растягивается и не вибрирует.

Область применения теории удара варьируется от оптимизации обработки материалов, испытаний на удар, динамики сыпучих сред до медицинских приложений, связанных с биомеханикой человеческого тела, особенно тазобедренных и коленных суставов. ^[2] Кроме того, он имеет широкое применение в автомобильной и военной промышленности. ^[3]

Воздействия, вызывающие ущерб

Макет передней кромки космического корабля "Шаттл" , сделанный из панели ПКР , взятой с *Атлантиды,* демонстрирует повреждения от удара во время испытаний.

Chevrolet Malibu попал в с опрокидыванием аварию

Дорожно-транспортные происшествия обычно связаны с ударной нагрузкой, например, когда автомобиль наезжает на дорожный столб , водопроводный гидрант или дерево, при этом ущерб локализуется в зоне удара. При столкновении транспортных средств ущерб увеличивается с увеличением относительной скорости транспортных средств, причем ущерб увеличивается пропорционально квадрату скорости, поскольку это кинетическая энергия удара (1/2 мВ). ²), что является важной переменной. При проектировании приложено много усилий для улучшения ударопрочности автомобилей, чтобы свести к минимуму травмы пользователей. Этого можно добиться несколькими способами: например, поместив водителя и пассажиров в камеру безопасности. Ячейка усилена, поэтому она выживет при авариях на высокой скорости и защитит пользователей. Части оболочки тела за пределами клетки устроены так, что постепенно сминаются, поглощая большую часть кинетической энергии, которая должна рассеиваться при ударе.

Для оценки воздействия высоких нагрузок используются различные испытания на удар, как на изделия, так и на стандартные плиты материала. Тест Шарпи и тест Изода — два примера стандартизированных методов, которые широко используются для тестирования материалов. Для оценки воздействия продукта используются испытания на падение мяча или снаряда.

Катастрофа «Колумбии» произошла в результате удара куска о пенополиуретана композитное углеродного волокна крыло из космического корабля «Шаттл» . Хотя испытания проводились до катастрофы, тестовые куски были намного меньше того куска, который отпал от ракеты-носителя и попал в открытое крыло.

При доставке хрупких предметов удары и падения могут привести к повреждению продукта. Защитная упаковка и амортизация помогают снизить пиковое ускорение за счет увеличения продолжительности удара или удара. ^[4]

См. также

Ссылки

^ Комиссия по безопасности потребительских товаров. «Стандарты безопасности для велосипедных шлемов» (PDF) . Окончательное правило 16 CFR, часть 1203 . Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2006 года . Проверено 3 декабря 2014 г.
^ Виллерт, Эмануэль (2020). Проблемы воздействия в физике, технике и медицине: основы и приложения (на немецком языке). doi 10.1007/978-3-662-60296-6: Springer Vieweg. дои : 10.1007/978-3-662-60296-6 . ISBN 978-3-662-60295-9 . S2CID 212954456 . {{cite book}}: Обслуживание CS1: дата и год ( ссылка ) Обслуживание CS1: местоположение ( ссылка )
^ Ислам, Мухаммед Камрул; Хэзелл, Пол Дж.; Эскобедо, Хуан П.; Ван, Хунсюй (июль 2021 г.). «Стратегии проектирования биомиметической брони для аддитивного производства: обзор» . Материалы и дизайн . 205 : 109730. doi : 10.1016/j.matdes.2021.109730 .
^ Дизайн амортизации упаковки (PDF) . Том. МИЛ-HDBK 304C. Министерство обороны. 1 июня 1997 года.

Источники

Голдсмит, В. (1960). Воздействие: Теория и физическое поведение сталкивающихся твердых тел, Dover Publications, ISBN 0-486-42004-3
Пурсартип, А. (1993). Инструментальные испытания на удар при высоких скоростях, Журнал технологий и исследований композитов , 15 (1).
Торопов, АИ. (1998). Динамическая калибровка инструментов для испытаний на удар, Журнал испытаний и оценки , 24 (4).

[1] Комиссия по безопасности потребительских товаров. «Стандарты безопасности для велосипедных шлемов» (PDF) . Окончательное правило 16 CFR, часть 1203 . Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2006 года . Проверено 3 декабря 2014 г.

[2] Виллерт, Эмануэль (2020). Проблемы воздействия в физике, технике и медицине: основы и приложения (на немецком языке). doi 10.1007/978-3-662-60296-6: Springer Vieweg. дои : 10.1007/978-3-662-60296-6 . ISBN 978-3-662-60295-9 . S2CID 212954456 . {{cite book}}: Обслуживание CS1: дата и год ( ссылка ) Обслуживание CS1: местоположение ( ссылка )

[3] Ислам, Мухаммед Камрул; Хэзелл, Пол Дж.; Эскобедо, Хуан П.; Ван, Хунсюй (июль 2021 г.). «Стратегии проектирования биомиметической брони для аддитивного производства: обзор» . Материалы и дизайн . 205 : 109730. doi : 10.1016/j.matdes.2021.109730 .

[4] Дизайн амортизации упаковки (PDF) . Том. МИЛ-HDBK 304C. Министерство обороны. 1 июня 1997 года.

[1]

[2]

[3]

[4]