В механике ударом называется столкновение двух тел . 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 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 зрения сохранения энергии 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, если 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, если не происходит проникновения, на обратной стороне удара может произойти растрескивание . 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. Поскольку большинство материалов при растяжении слабее, чем при сжатии, в этой зоне обычно образуются и растут трещины.
Гвоздь забивают серией ударов, каждый из которых наносится одним ударом 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. Гайковерт ударного действия — это устройство, предназначенное для приложения крутящего момента к болтам с целью их затягивания или ослабления. При нормальных скоростях силы, приложенные к болту, будут распределяться за счет трения на сопрягаемые резьбы. 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 широко применяется в автомобильной и военной промышленности. [3]
Дорожно-транспортные происшествия обычно связаны с ударной нагрузкой, например, когда автомобиль наезжает на дорожный столб , водяной 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 важной переменной является кинетическая энергия удара (1/2 мВ 2 ). 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 пенополиуретана о композитное крыло из углеродного волокна 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]
{{cite book}}: CS1 maint: date and year (link) CS1 maint: location (link)