В механике удар — это столкновение двух тел . Во время этого столкновения оба тела замедляются. Замедление вызывает большую силу или удар , приложенный в течение короткого периода времени. Большая сила, приложенная в течение короткого периода времени, обычно наносит больший ущерб обоим телам, чем меньшая сила, приложенная в течение пропорционально большего периода времени.
При нормальных скоростях во время совершенно неупругого столкновения объект, пораженный снарядом, деформируется , и эта деформация поглотит большую часть или всю силу столкновения. С точки зрения сохранения энергии кинетическая энергия снаряда преобразуется в тепловую и звуковую энергию в результате деформаций и вибраций, вызванных в пораженном объекте. Однако эти деформации и вибрации не могут произойти мгновенно. Высокоскоростное столкновение (удар) не обеспечивает достаточного времени для возникновения этих деформаций и вибраций. Таким образом, пораженный материал ведет себя так, как будто он более хрупкий, чем был бы в противном случае, и большая часть приложенной силы идет на разрушение материала. Или, другой способ взглянуть на это, заключается в том, что материалы на самом деле более хрупкие в коротких временных масштабах, чем в длинных временных масштабах: это связано с суперпозицией времени и температуры . Ударопрочность уменьшается с увеличением модуля упругости , что означает, что более жесткие материалы будут иметь меньшую ударопрочность. Упругие материалы будут иметь лучшую ударопрочность.
Различные материалы могут вести себя совершенно по-разному при ударе по сравнению со статическими условиями нагрузки. Пластичные материалы, такие как сталь, имеют тенденцию становиться более хрупкими при высоких скоростях нагрузки, и сколы могут происходить на обратной стороне удара, если проникновение не происходит. Способ, которым кинетическая энергия распределяется по сечению, также важен для определения его реакции. Снаряды прилагают контактное напряжение Герца в точке удара к твердому телу с напряжениями сжатия под точкой, но с изгибающими нагрузками на небольшом расстоянии. Поскольку большинство материалов слабее при растяжении, чем при сжатии, это зона, где трещины имеют тенденцию образовываться и расти.
Гвоздь забивается серией ударов, каждый из которых выполняется одним ударом молотка . Эти высокоскоростные удары преодолевают статическое трение между гвоздем и основанием. Свайный копер достигает той же цели, хотя и в гораздо большем масштабе, метод обычно используется в гражданских строительных проектах для создания фундаментов зданий и мостов. Ударный гайковерт — это устройство, предназначенное для передачи крутящего момента болтам для их затягивания или ослабления. При обычных скоростях силы, приложенные к болту, будут рассеиваться посредством трения на сопряженную резьбу. Однако при ударных скоростях силы действуют на болт, чтобы сдвинуть его, прежде чем они смогут рассеяться. В баллистике пули используют ударные силы для прокалывания поверхностей, которые в противном случае могли бы противостоять значительным силам. Резиновый лист, например, ведет себя больше как стекло при типичных скоростях пули. То есть он ломается, а не растягивается или вибрирует.
Область применения теории удара простирается 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, она широко применяется в автомобильной и военной промышленности. [3]
Дорожно-транспортные происшествия обычно связаны с ударной нагрузкой, например, когда автомобиль врезается в дорожный столбик , водопроводный гидрант или дерево, при этом повреждения локализуются в зоне удара. Когда транспортные средства сталкиваются, повреждения увеличиваются с относительной скоростью транспортных средств, повреждения увеличиваются как квадрат скорости, поскольку именно кинетическая энергия удара (1/2 mv 2 ) является важной переменной. Много усилий при проектировании направлено на повышение ударопрочности автомобилей, чтобы свести к минимуму травмы пользователей. Этого можно добиться несколькими способами: например, заключив водителя и пассажиров в защитную ячейку. Ячейка усилена, чтобы выдержать столкновения на высокой скорости и тем самым защитить пользователей. Части кузова за пределами ячейки спроектированы так, чтобы постепенно сминаться, поглощая большую часть кинетической энергии, которая должна быть рассеяна при ударе.
Различные испытания на удар используются для оценки эффектов высокой нагрузки, как на изделиях, так и на стандартных плитах материала. Испытание по Шарпи и испытание по Изоду являются двумя примерами стандартизированных методов, которые широко используются для испытания материалов. Испытания на падение шара или снаряда используются для оценки ударов изделий.
Катастрофа Columbia была вызвана повреждением от удара, когда кусок полиуретановой пены ударил по углеродному композитному крылу космического челнока . Хотя испытания проводились до катастрофы, испытательные куски были намного меньше куска, который отвалился от ракеты-носителя и ударился об открытое крыло.
При транспортировке хрупких предметов удары и падения могут привести к повреждению продукта. Защитная упаковка и амортизация помогают снизить пиковое ускорение, увеличивая продолжительность удара или толчка. [4]
{{cite book}}: CS1 maint: date and year (link) CS1 maint: location (link){{cite book}}: CS1 maint: year (link)