Löögikatsed. Lööginähtus Punktide nihkumine kokkupõrkel

Katse analüüsida palja rusikaga pähe löökide vigastusohtu, võrreldes löökidega poksikinnas.

Mõjuteooria.

Löök mehaanikas on kehade lühiajaline interaktsioon, mille tulemusena muutuvad nende kiirused. Löögijõud sõltub Newtoni seaduse kohaselt kokkupõrke keha efektiivsest massist ja selle kiirendusest:

Riis. 1 Löögijõu arengu kõver ajas

F = m*a (1),

kus
F - tugevus,
m on mass,
a - kiirendus.

Kui arvestada mõju ajas, siis vastasmõju kestab väga lühikest aega – kümnest tuhandikust (hetkelised kvaasielastsed löögid) sekundi kümnendikuteni (elastsed löögid). Löögijõud löögi alguses suureneb kiiresti maksimaalse väärtuseni ja langeb seejärel nullini (joonis 1). Selle maksimaalne väärtus võib olla väga suur. Löögi koostoime põhinäitaja ei ole aga jõud, vaid löögiimpulss, mis on arvuliselt võrdne F(t) kõvera aluse pindalaga. Seda saab arvutada integraalina:

(2)

kus
S - šokiimpulss,
t1 ja t2 on kokkupõrke algus- ja lõppajad,
F(t) on löögijõu F sõltuvus ajast t.

Kuna kokkupõrkeprotsess kestab väga lühikest aega, siis meie puhul võib seda käsitleda kui põrkuvate kehade kiiruste hetkelist muutumist.

Löögiprotsessis, nagu iga loodusnähtuse puhul, tuleb järgida energia jäävuse seadust. Seetõttu on loomulik kirjutada järgmine võrrand:

E1 + E2 = E'1 + E'2 + E1p + E2p (3)

kus
E1 ja E2 on esimese ja teise keha kineetilised energiad enne kokkupõrget,
E'1 ja E'2 - kineetilised energiad pärast kokkupõrget,
E1p ja E2p on esimeses ja teises kehas kokkupõrke ajal tekkivate kadude energiad e.

Löögijärgse kineetilise energia ja kadude energia suhe on löögiteooria üks peamisi probleeme.

Mehaaniliste nähtuste jada kokkupõrkel on selline, et esmalt toimub kehade deformatsioon, mille käigus liikumise kineetiline energia muundatakse elastse deformatsiooni potentsiaalseks energiaks. Seejärel muudetakse potentsiaalne energia tagasi kineetiliseks energiaks. Sõltuvalt sellest, milline osa potentsiaalsest energiast läheb kineetiliseks energiaks ja milline osa kaob kuumutamisel ja deformatsioonil, eristatakse kolme tüüpi lööke:

Absoluutselt elastne löök Kogu mehaaniline energia säilib. Tegemist on idealiseeritud kokkupõrkemudeliga, kuid mõnel juhul, näiteks piljardipalli löökide puhul, on löögimuster lähedane ideaalselt elastsele löögile.
Absoluutselt mitteelastne mõju– deformatsioonienergia muudetakse täielikult soojuseks. Näide: maandumine hüpetes ja mahasõitudes, plastiliinipalli löömine vastu seina jne. Absoluutselt mitteelastse löögi korral on vastastikmõjus olevate kehade kiirused peale lööki võrdsed (kehad kleepuvad kokku).
Osaliselt mitteelastne löök- osa elastse deformatsiooni energiast muundatakse liikumise kineetiliseks energiaks.

Tegelikkuses on kõik mõjud kas absoluutselt või osaliselt mitteelastsed. Newton tegi ettepaneku iseloomustada mitteelastset mõju nn taastumisteguriga. See on võrdne vastasmõjus olevate kehade kiiruste suhtega pärast ja enne kokkupõrget. Mida väiksem see koefitsient, seda rohkem energiat kulutatakse mittekineetiliste komponentide E1p ja E2p (kuumutamine, deformatsioon) jaoks. Teoreetiliselt ei saa seda koefitsienti saada, see määratakse empiiriliselt ja selle saab arvutada järgmise valemi abil:

kus
v1 , v2 on kehade kiirused enne kokkupõrget,
v'1, v'2 - pärast lööki.

Kui k = 0, on löök absoluutselt mitteelastne ja k = 1 korral absoluutselt elastne. Taastumistegur sõltub põrkuvate kehade elastsusomadustest. Näiteks on see teisiti, kui tennisepall lööb erinevat tüüpi ja kvaliteediga erinevat tüüpi ja erinevat tüüpi reketeid. Taastumiskoefitsient ei ole ainult materjali omadus, kuna see sõltub ka löögi vastasmõju kiirusest - see väheneb kiiruse suurenedes. Käsiraamatutes on mõnede materjalide taastumisteguri väärtused alla 3 m/s löögikiiruse korral.

Löögitoimingute biomehaanika

Löökriistadeks nimetatakse biomehaanikas tegevusi, mille tulemus saavutatakse mehaanilise löögiga. Löökpillide tegevustes on:

tagasilöögi– liigutus, mis eelneb löögiliigutamisele ja viib keha löögilüli ja löögiobjekti vahelise kauguse suurenemiseni. See faas on kõige muutlikum.
šokk liikumine- kiige lõpust kuni löögi alguseni.
Mõju interaktsioon (või tegelik mõju)- põrkuvate kehade kokkupõrge.
Löögijärgne liikumine- keha löögilüli liikumine pärast kokkupuute lõpetamist objektiga, millele löök rakendatakse.

Mehaanilise löögi korral on keha (näiteks palli) kiirus pärast kokkupõrget seda suurem, mida suurem on löögilüli kiirus vahetult enne lööki. Spordis toimuvate streikide puhul pole selline sõltuvus vajalik. Näiteks tennises teenides võib reketi kiiruse suurenemine viia palli kiiruse vähenemiseni, kuna sportlase löökide ajal ei ole löögimass konstantne: see sõltub tema liigutuste koordineerimisest. . Kui löök sooritatakse näiteks randme painutamise või lõdvestunud käega, siis palliga suhtlevad ainult reketi ja käe mass. Kui löögi hetkel on lööklüli fikseeritud antagonistlihaste aktiivsusega ja see kujutab endast justkui üht tahket keha, siis lööb vastasmõjus kaasa kogu selle lüli mass.

Mõnikord viskab sportlane kaks lasku sama kiirusega, kuid palli kiirus või löögi jõud on erinev. See on tingitud asjaolust, et löögi mass ei ole sama. Löökmassi väärtust saab kasutada löögitehnika efektiivsuse kriteeriumina. Kuna löögimassi on üsna keeruline arvutada, hinnatakse löögi vastasmõju efektiivsust mürsu kiiruse pärast kokkupõrget ja löögielemendi kiiruse enne lööki suhet. See indikaator on erinevat tüüpi streikide puhul erinev. Näiteks jalgpallis varieerub see vahemikus 1,20 kuni 1,65. Oleneb ka sportlase kaalust.

Mõned sportlased, kellel on väga tugev löök (poksis, võrkpallis, jalgpallis jne), ei erine suure lihasjõu poolest. Kuid nad suudavad edastada löögisegmendile suure kiiruse ja löögi hetkel suhelda löödud kehaga suure löögimassiga.

Paljusid silmatorkavaid spordiaktsioone ei saa pidada "puhtaks" streikiks, mille teooria alused on eespool välja toodud. Mehaanika löögiteoorias eeldatakse, et löök toimub nii kiiresti ja löögijõud on nii suured, et kõik muud jõud võib tähelepanuta jätta. Paljudes spordis silmatorkavates tegevustes ei ole need eeldused õigustatud. Kuigi mõjuaeg neil lühike, ei saa siiski tähelepanuta jätta; löögi interaktsiooni teekond, mida mööda põrkuvad kehad kokkupõrke ajal kokku liiguvad, võib ulatuda 20-30 cm-ni.

Seetõttu on spordilöökide puhul põhimõtteliselt võimalik löögi ajal liigutuste mahtu muuta jõudude toimel, mis ei ole löögi endaga seotud. Kui löögilüli löögi ajal lihaste aktiivsuse tõttu täiendavalt kiirendatakse, suureneb löögiimpulss ja vastavalt ka mürsu väljumiskiirus; kui seda meelevaldselt aeglustada, väheneb põrutusimpulss ja stardikiirus (see on mõnikord vajalik täpsete lühendatud löökide puhul, näiteks palli kaaslasele söötmisel). Mõned löögiliigutused, mille puhul lisahoogu juurdekasv löögi ajal on väga suur, on üldiselt midagi viskamise ja löögi vahepealset (seda tehakse võrkpallis mõnikord ka teise söödu korral).

Liikumiste koordineerimisel kõige võimsamate löökidega kehtivad kaks nõuet:

suurima kiiruse andmine löögilülile tabatava kehaga kokkupuute hetke järgi. Selles liikumise faasis kasutatakse samu kiiruse suurendamise meetodeid, mis muudes liikumistoimingutes;
löögimassi suurenemine kokkupõrke hetkel. See saavutatakse löögisegmendi üksikute lülide "fikseerimisega", lülitades samaaegselt sisse antagonistlihased ja suurendades pöörlemisraadiust. Näiteks poksis ja karates on parema käega antud löögi jõud ligikaudu kahekordistunud, kui pöörlemistelg möödub vasaku õlaliigese lähedalt, võrreldes löökidega, mille pöörlemistelg langeb kokku keha keskpikiteljega. .

Löögiaeg on nii lühike, et tehtud vigu on juba võimatu parandada. Seetõttu tagavad löögi täpsuse otsustavalt õiged tegevused löögi ajal ja löögiliigutus. Näiteks jalgpallis määrab tugijala asend algajate sihtmärgi täpsuse umbes 60-80%.

Spordivõistluste taktika nõuab sageli vaenlase jaoks ootamatuid (“varjatud”) lööke. See saavutatakse löökide sooritamisel ilma ettevalmistuseta (mõnikord isegi ilma kiiguta), pärast petlikke liigutusi (pettusi) jne. Löökide biomehaanilised omadused muutuvad, kuna tavaliselt tehakse neid sellistel juhtudel ainult distaalsete segmentide toimel ( randmelöögid).

Distaalne – [nt. ots, phalanx] (distalis) - kehast kõige kaugemal asuva jäseme lihase või luu või kogu struktuuri (falang, lihase) ots.

Punch poksikindaga ja ilma.

Viimasel ajal on mõnes spordiringkonnas lahvatanud tõsine vaidlus selle üle, et poksikindaga löömine ajule on suurem kui palja käega löömine. Proovime saada sellele küsimusele vastust olemasolevate uurimisandmete ja füüsika elementaarsete seaduste abil.

Kust sellised mõtted võiksid tulla? Julgen oletada, et peamiselt poksikoti löömise protsessi vaatluste põhjal. On tehtud uuringuid, mille käigus Smith ja Hemil mõõtsid oma 1986. aastal avaldatud töös sportlase rusika kiirust ja poksikoti kiirust. Rangelt võttes määrab põrutuse ohu pea kiirenduse suurus, mitte kiirus. Koti teatatud kiiruse järgi saab aga kiirenduse suurust hinnata vaid kaudselt, kuna oletatakse, et see kiirus arenes välja lühikese kokkupõrkeaja jooksul.

Kotti löödi kolmel erineval viisil: palja rusikaga, karatekindaga ja poksikindaga. Tõepoolest, koti kiirus kindaga löömisel oli umbes 15% suurem kui rusikaga löömisel. Võtke arvesse uuringu füüsilist tausta. Nagu eespool mainitud, on kõik löögid osaliselt mitteelastsed ja osa löögilüli energiast kulub mürsu jääkdeformatsioonile, ülejäänud energia kulub mürsule kineetilise energia edasiandmisele. Selle energia osakaalu iseloomustab taastumistegur.

Suurema selguse huvides tehkem kohe reservatsioon, et kui arvestada deformatsioonienergiat ja translatsiooniliikumise energiat, siis on suurel pingeenergial positiivne roll, sest vähem energiat jääb edasi liikumiseks. Sel juhul räägime elastsetest deformatsioonidest, mis ei kujuta endast terviseohtu, samas kui translatsioonilise liikumise energia on otseselt seotud kiirendusega ja on ohtlik ajule.

Arvutage poksikoti taastumistegur vastavalt Smithi ja Hemili saadud andmetele. Koti mass oli 33 kg. Katsetulemused näitasid ebaolulisi erinevusi rusika kiiruses erinevat tüüpi kinnaste puhul (paljas rusikas: 11,03±1,96 m/s, karatekinnas: 11,89±2,10 m/s, poksikinnas: 11,57±3,43 m/s). Keskmine rusikakiirus oli 11,5 m/s. Erinevat tüüpi kinnaste puhul leiti erinevusi koti hoogudes. Löök poksikindaga tekitas kotile rohkem hoogu (53,73±15,35 Ns) kui palja rusikaga löök (46,4±17,40 Ns) või karatekindaga (42,0±18,7 Ns), mille väärtus oli peaaegu võrdne. Koti kiiruse määramiseks selle impulsi järgi peate jagama koti impulsi selle massiga:

v = p/m (5)

kus
v on koti kiirus,
p on koti hoog,
m on koti mass.

Kasutades taastumisteguri (4) arvutamise valemit ja eeldades, et rusika kiirus peale lööki on null, saame palja rusikalöögi väärtuseks umbes 0,12, s.o. k = 12%. Poksikindaga löögi puhul k = 14%. See kinnitab meie elukogemust – löök poksikotti on peaaegu täielikult mitteelastne ja peaaegu kogu löögienergia kulub selle deformatsioonile.

Eraldi tuleb märkida, et karatekinnas oli rusikas suurim kiirus. Koti hoog karatekindaga löömisel oli kõige väiksem. Paljad rusikalöögid olid selles uuringus keskel. Seda võib seletada sellega, et sportlased kartsid käele haiget teha ning vähendasid refleksiivselt löögi kiirust ja jõudu. Karate kindas löömisel sellist hirmu ei tekkinud.

Mis juhtub, kui sulle lüüakse pähe? Pöördugem veel ühe Valilko, Viano ja Beeri 2005. aasta uuringu juurde, mis uuris kinnastega poksilööke spetsiaalselt disainitud mannekeenil (joonis 2). Selles töös uuriti üksikasjalikult kõiki löögi parameetreid ja mõju mannekeeni peale ja kaelale. Mannekeeni kaelaks oli elastne metallvedru, seega võib seda mudelit pidada pinges kaelalihastega löömiseks valmis poksija mudeliks. Kasutame mannekeeni pea edasiliikumise andmeid ja arvutame otselöögi pähe taastumisteguri (k).

Riis. 2 Valilko, Viano ja Bira uurimus – poksija lööb mannekeeni.

Keskmine käe kiirus enne kokkupõrget oli 9,14 m/s ja keskmine pea kiirus pärast kokkupõrget 2,97 m/s. Seega sama valemi (4) kohaselt on taastumistegur k 32%. See tähendab, et 32% energiast läks pea kineetilisele liikumisele ning 68% kaela ja kinda deformatsioonile. Rääkides kaela deformatsioonienergiast, siis me ei räägi emakakaela piirkonna geomeetrilisest deformatsioonist (kõverusest), vaid energiast, mida kaelalihased (antud juhul vedru) kulutasid pea paigal hoidmiseks. Tegelikult on see löögikindluse energia. Mannekeeni näo deformatsioon, nagu ka inimese näokolju, ei tule kõne allagi. Inimese luud on väga tugev materjal. Tabelis. 1 on näidatud mitme materjali elastsuskordaja (Youngi moodul). Mida suurem see koefitsient, seda jäigem on materjal. Tabelist on näha, et jäikuse poolest jääb luu betoonist veidi alla.

Tabel 1. Erinevate materjalide elastsuskoefitsiendid (Youngi moodulid).

Kui suur on taastumistegur palja rusikaga pähe antud löögi korral? Selle kohta uuringuid pole. Kuid proovime välja mõelda võimalikud tagajärjed. Löögil, nagu ka kindaga löömisel, võtavad suurema osa energiast kaela lihased, eeldusel, et need on muidugi pinges. Valilko, Viano ja Beeri töödes on kinda deformatsioonienergiat võimatu eraldada mannekeeni kaela deformatsioonienergiast, kuid võib oletada, et lõviosa kogu deformatsioonienergiast on läinud kaela deformatsiooniks. Seetõttu võib eeldada, et palja rusikaga löömisel ei ületa taastumiskoefitsiendi erinevus 2-5% võrreldes kindaga löömisega, nagu juhtus Smithi ja Hemili töös, kus erinevus oli 2%. Ilmselgelt ei ole 2% erinevus märkimisväärne.

Ülaltoodud arvutused tehti pea sirgjoonelise kiirenduse andmete põhjal pärast lööki. Kuid vaatamata oma suhtelisele keerukusele on nad väga kaugel löögi traumatismi ennustamisest. Inglise füüsik Holborn, kes töötas 1943. aastal aju geelmudelitega, oli üks esimesi, kes seadis ajukahjustuse peamise parameetrina välja pea pöörlemiskiirenduse. Ommai jt teatasid, et pöörlemiskiirendus 4500 rad/s2 põhjustab põrutuse ja raske aksonaalse vigastuse. Sama autori varasem töö väidab, et pöörlemiskiirendus üle 1800 rad/s2 tekitab 50% tõenäosuse põrutuse tekkeks. Valilko, Viano ja Bira artikkel annab 18 erineva löögi parameetrid. Kui võtame sama poksija ja tema löögi käekiirusega 9,5 m/s ja löögi kiirusega 6,7 m/s, siis esimesel juhul on taastumistegur 32% ja teisel juba 49 %. Kõigi meie arvutuste kohaselt selgub, et teine löök on traumaatilisem: suurem taastumistegur (pea edasiliikumisele kulutati rohkem energiat), suur efektiivne mass (2,1 kg ja 4,4 kg), veidi suurem. pea kiirendus (67 g ja 68 g). Kui aga võrrelda nende kahe löögi tekitatud pea pöörlemiskiirendust, siis näeme, et esimene löök on traumaatilisem (vastavalt 7723 rad/s2 ja 5209 rad/s2). Pealegi on numbrite erinevus üsna märkimisväärne. See asjaolu viitab sellele, et löögi traumatism sõltub suurest hulgast muutujatest ning löögi efektiivsuse hindamisel ei saa lähtuda ainult impulsist p = mv. Siin on väga oluline löögi koht, mis põhjustab pea suurimat pöörlemist. Seoses ülaltoodud andmetega selgub, et vigastuste ja põrutuste puhul poksikinda faktor ei mängi peamist rolli.

Meie artiklit kokku võttes märgime järgmist. Ajukahjustust mõjutavad tegurid poksikindaga ja ilma löömisel ei erine oluliselt ning võivad muutuda kas ühes või teises suunas, olenevalt poksijast ja löögi tüübist. Palju olulisemad põrutust mõjutavad tegurid asuvad väljaspool vaadeldavat tasapinda, näiteks löögi tüüp ja asukoht pähe, mis määravad selle pöörlemismomendi.

Samas ei tasu unustada, et poksikindad on mõeldud eelkõige näo pehmete kudede kaitsmiseks. Kindadeta löögid põhjustavad nii ründaja kui ka rünnatava sportlase luude, liigeste ja pehmete kudede kahjustusi. Kõige tavalisem ja valusam neist on vigastus, mida nimetatakse "poksija sõrmenukiks".

Poksinukk on spordimeditsiinis tuntud termin, mida kasutatakse käevigastuse kirjeldamiseks – metakarpofalangeaalliigese (tavaliselt II või III) liigesekapsli kahjustus, nimelt kiud, mis hoiavad kinni sõrmede sirutajalihase kõõlust.

Erinevatesse infektsioonidesse, sealhulgas C-hepatiidi või HIV-i viirustesse nakatumise oht ja hulk muid ebameeldivaid tagajärgi, sealhulgas ebaatraktiivne välimus, lükkab tugevalt ümber väite, et paljaste kätega võitlemine on tervisele ohutum.

Viited:

1. Lamash B.E. Biomehaanika loengud. https://www.dvgu.ru/meteo/book/BioMechan.htm
2. Smith PK, Hamill J. Torkamiskinda tüübi ja oskuste taseme mõju impulsi ülekandele. 1986, J. Hum. mov. Stud. vol.12, lk. 153-161.
3. Walilko T.J., Viano D.C. ja Bir C.A. Pea biomehaanika olümpiapoksija löökide jaoks näkku. 2005, Br J Sports Med. kd.39, lk.710-719
4 Holbourn A.H.S. Peavigastuse mehaanika. 1943, Lancet. vol.2, lk.438-441.
5. Ommaya A.K., Goldsmith W., Thibault L. Täiskasvanute ja laste peavigastuste biomehaanika ja neuropatoloogia. 2002, Br J Neurosurg. kd.16, nr.3, lk.220–242.

6. sportmedicine.ru

Mehaanikas on löök materiaalsete kehade mehaaniline toime, mis põhjustab nende punktide kiiruste lõplikku muutumist lõpmatult väikese aja jooksul. Löögiliikumine on liikumine, mis tekib keha (keskkonna) ühekordse interaktsiooni tulemusena vaadeldava süsteemiga, eeldusel, et süsteemi väikseim loomulike võnkumiste periood või selle ajakonstant on vastasmõju ajast proportsionaalsed või sellest suuremad.

Kokkupõrke vastasmõju ajal vaadeldavates punktides määratakse kokkupõrke kiirendused, kiirus või nihe. Üheskoos nimetatakse selliseid mõjusid ja reaktsioone šokiprotsessideks. Mehaanilised löögid võivad olla ühekordsed, mitmekordsed ja keerukad. Ühe- ja mitmekordsed šokiprotsessid võivad mõjutada seadet piki-, põiki- ja mis tahes vahepealses suunas. Komplekssed löökkoormused mõjuvad objektile samaaegselt kahel või kolmel üksteisega risti asetseval tasapinnal. Löögikoormused õhusõidukile võivad olla nii mitteperioodilised kui ka perioodilised. Löökkoormuste tekkimine on seotud õhusõiduki kiirenduse, kiiruse või liikumissuuna järsu muutumisega. Kõige sagedamini toimub reaalsetes tingimustes keerukas üksikšokiprotsess, mis on kombinatsioon lihtsast šokiimpulsist koos üksteise peale asetatud võnkumistega.

Šokiprotsessi peamised omadused:

kokkupõrke kiirenduse a(t), kiiruse V(t) ja nihke X(t) löögikiirenduse tippkiirenduse aja muutumise seadused;
löögikiirenduse frondi kestus Tf - ajavahemik löögikiirenduse ilmnemise hetkest kuni selle tippväärtusele vastava hetkeni;
löögikiirenduse kattuvate kõikumiste koefitsient - löögikiirenduse külgnevate ja äärmuslike väärtuste vaheliste juurdekasvu absoluutväärtuste kogusumma ja selle kahekordistunud tippväärtuse suhe;
löögikiirenduse impulss - löögikiirenduse integraal aja jooksul, mis on võrdne selle toime kestusega.

Liikumisparameetrite funktsionaalse sõltuvuse kõvera kuju järgi jagunevad šokiprotsessid lihtsateks ja keerukateks. Lihtprotsessid ei sisalda kõrgsageduslikke komponente ja nende omadused on ligikaudsed lihtsate analüütiliste funktsioonidega. Funktsiooni nimetuse määrab kõvera kuju, mis lähendab kiirenduse sõltuvust ajast (poolsinusoidne, kosanusoidne, ristkülikukujuline, kolmnurkne, saehambaline, trapetsikujuline jne).

Mehaanilist lööki iseloomustab kiire energia vabanemine, mille tagajärjeks on lokaalsed elastsed või plastilised deformatsioonid, pingelainete ergastumine ja muud mõjud, mis mõnikord põhjustavad rikkeid ja lennuki konstruktsiooni hävimist. Lennukile rakendatav löökkoormus ergutab selles kiiresti summutatud loomulikke võnkumisi. Kokkupõrke korral tekkiva ülekoormuse väärtuse, pinge jaotuse olemuse ja kiiruse üle õhusõiduki konstruktsiooni määravad kokkupõrke jõud ja kestus ning kiirenduse muutumise iseloom. Lennukile mõjuv löök võib põhjustada selle mehaanilise hävimise. Sõltuvalt kokkupõrkeprotsessi kestusest, keerukusest ja selle maksimaalsest kiirendusest katsetamise ajal määratakse kindlaks õhusõiduki konstruktsioonielementide jäikusaste. Lihtne löök võib materjali tugeva, ehkki lühiajalise ülepinge tõttu põhjustada hävingu. Kompleksne mõju võib põhjustada väsimuse mikrodeformatsioonide kuhjumist. Kuna lennuki konstruktsioonil on resonantsomadused, võib isegi lihtne löök põhjustada selle elementides võnkereaktsiooni, millega kaasnevad ka väsimusnähtused.

Mehaanilised ülekoormused põhjustavad detailide deformeerumist ja purunemist, liigeste (keevitatud, keermestatud ja neetitud) lõdvenemist, kruvide ja mutrite lahtikeeramist, mehhanismide ja juhtseadiste liikumist, mille tulemusena muutub seadmete reguleerimine ja reguleerimine ning ilmnevad muud talitlushäired.

Võitlus mehaaniliste ülekoormuste kahjulike mõjude vastu toimub mitmel viisil: konstruktsiooni tugevuse suurendamine, suurenenud mehaanilise tugevusega osade ja elementide kasutamine, amortisaatorite ja spetsiaalsete pakendite kasutamine ning seadmete ratsionaalne paigutus. Kaitsemeetmed mehaaniliste ülekoormuste kahjulike mõjude vastu jagunevad kahte rühma:

meetmed, mille eesmärk on tagada konstruktsiooni nõutav mehaaniline tugevus ja jäikus;
meetmed, mille eesmärk on isoleerida konstruktsioonielemendid mehaaniliste mõjude eest.

Viimasel juhul kasutatakse erinevaid lööke summutavaid vahendeid, isoleerivaid tihendeid, kompensaatoreid ja amortisaatoreid.

Lennuki löögikoormuste testimise üldülesanne on kontrollida õhusõiduki ja kõigi selle elementide võimet täita kokkupõrke ajal ja pärast seda oma ülesandeid, s.o. säilitama oma tehnilisi parameetreid kokkupõrke ajal ja pärast seda regulatiivsetes ja tehnilistes dokumentides sätestatud piirides.

Laboritingimustes sooritatavate löögikatsete peamised nõuded on objektile antud katselöögi tulemuse maksimaalne lähendamine reaalse löögi mõjule looduslikes töötingimustes ja löögi reprodutseeritavus.

Löökkoormusrežiimide taasesitamisel laboritingimustes seatakse piirangud hetkelise kiirenduse impulsi kujule kui aja funktsioonile (joonis 2.50), samuti impulsi kuju hälvete lubatud piiridele. Peaaegu iga löögiimpulsiga laboripingil kaasneb pulsatsioon, mis on trummimasinate ja abiseadmete resonantsnähtuste tagajärg. Kuna löögiimpulsi spekter on peamiselt löögi hävitava mõju tunnus, võib isegi väike pulsatsioon peale asetatud mõõtmistulemused ebausaldusväärseks muuta.

Katseseadmed, mis simuleerivad üksikuid lööke, millele järgneb võnkumine, moodustavad mehaanilise katsetamise erivarustuse. Löökpuistuid saab klassifitseerida erinevate kriteeriumide järgi (joonis 2.5!):

I - vastavalt šoki impulsi moodustumise põhimõttele;

II - testide olemuse järgi;

III - vastavalt reprodutseeritava šokikoormuse tüübile;

IV - vastavalt tegevuspõhimõttele;

V - vastavalt energiaallikale.

Üldjuhul koosneb amortisaatori skeem järgmistest elementidest (joonis 2.52): katseobjekt, mis on paigaldatud platvormile või konteinerile, koos löögi ülekoormusanduriga; kiirendusvahendid vajaliku kiiruse edastamiseks objektile; piduriseade; juhtimissüsteemid; salvestusseadmed objekti uuritud parameetrite ja löögi ülekoormuse muutumise seaduse salvestamiseks; esmased muundurid; abiseadmed testitava objekti töörežiimide reguleerimiseks; testitava objekti ja salvestusseadmete tööks vajalikud toiteallikad.

Laboritingimustes löögitestimise lihtsaim stend on statiiv, mis töötab põhimõttel, et vankrile kinnitatud katseobjekt kukub teatud kõrguselt, s.o. Maa gravitatsiooni kasutamine hajutamiseks. Sel juhul määrab löögiimpulsi kuju kokkupõrgete pindade materjal ja kuju. Sellistel stendidel on võimalik pakkuda kiirendust kuni 80000 m/s2. Joonisel fig. 2.53, a ja b näitavad selliste puistute põhimõtteliselt võimalikke skeeme.

Esimeses versioonis (joonis 2.53, a) juhitakse spetsiaalset põrkhambaga nukki 3 mootoriga. Kui nukk saavutab maksimaalse kõrguse H, langeb laud 1 koos katseobjektiga 2 piduriseadmetele 4, mis annavad sellele löögi. Löögi ülekoormus sõltub kukkumise kõrgusest H, pidurielementide jäikusest h, laua ja katseobjekti M kogumassist ning määratakse järgmise seosega:

Selle väärtuse muutmisel võite saada erinevaid ülekoormusi. Teises variandis (joon. 2.53, b) töötab stend kukkumismeetodil.

Katselauad, mis kasutavad kelgu kiirendamiseks hüdraulilist või pneumaatilist ajamit, on praktiliselt sõltumatud raskusjõu mõjust. Joonisel fig. 2.54 näitab löökpneumaatiliste statiivide kahte varianti.

Õhkpüstoliga statiivi tööpõhimõte (joonis 2.54, a) on järgmine. Surugaas juhitakse töökambrisse /. Kui saavutatakse etteantud rõhk, mida juhitakse manomeetriga, vabastab automaat 2 anuma 3, kuhu katseobjekt asetatakse. Õhkpüstoli torust 4 väljudes puutub anum kokku seadmega 5, mis võimaldab mõõta anuma kiirust. Õhkpüstol on kinnitatud tugipostide külge läbi amortisaatorite b. Antud pidurdusseadust amortisaatoril 7 rakendatakse, muutes voolava vedeliku 9 hüdraulilist takistust spetsiaalselt profileeritud nõela 8 ja amortisaatori 7 ava vahelises pilus.

Teise pneumaatilise amortisaatori konstruktsiooniskeem (joonis 2.54, b) koosneb katseobjektist 1, kelgust 2, millele katseobjekt on paigaldatud, tihendist 3 ja piduriseadmest 4, klappidest 5, mis võimaldavad luua etteantud gaasirõhk langeb kolvile b ja gaasivarustussüsteemidele 7. Piduriseade aktiveerub kohe pärast kelgu ja klotsi kokkupõrget, et vältida kelku tagurdamist ja lööklainekujude moonutamist. Selliste stendide haldamist saab automatiseerida. Nad suudavad reprodutseerida mitmesuguseid löökkoormusi.

Kiirendusseadmena saab kasutada kummist amortisaatoreid, vedrusid ja mõnel juhul ka lineaarseid asünkroonmootoreid.

Peaaegu kõigi amortisaatorite võimalused määravad piduriseadmete konstruktsioon:

1. Katseobjekti kokkupõrget jäiga plaadiga iseloomustab aeglustumine, mis on tingitud elastsusjõudude esinemisest kontakttsoonis. See katseobjekti pidurdamise meetod võimaldab saada väikese kasvu esiosaga ülekoormuste suuri väärtusi (joonis 2.55, a).

2. Ülekoormuste saamiseks laias vahemikus, kümnetest kuni kümnete tuhandete ühikuteni, mille tõusuaeg on kümnetest mikrosekunditest mitme millisekundini, kasutatakse deformeeruvaid elemente jäigal alusel asetseva plaadi või tihendi kujul. Nende tihendite materjalid võivad olla teras, messing, vask, plii, kumm jne. (Joon. 2.55, b).

3. Et tagada n ja t mistahes spetsiifiline (antud) muutumise seadus väikeses vahemikus, kasutatakse deformeeruvaid elemente otsa (purusti) kujul, mis paigaldatakse löögistendi plaadi ja katsetatava objekti vahele. (Joon. 2.55, c).

4. Suhteliselt suure aeglustusteekonnaga kokkupõrke taasesitamiseks kasutatakse piduriseadet, mis koosneb pliist plastiliselt deformeeruvast plaadist, mis asub statiivi jäigal alusel, ja sellesse sisestatavast vastava profiiliga kõvast otsast ( Joonis 2.55, d), mis on kinnitatud aluse objektile või platvormile . Sellised piduriseadmed võimaldavad saada lühikese tõusuajaga ülekoormusi laias vahemikus n(t), ulatudes kümnete millisekunditeni.

5. Piduriseadmena saab kasutada vedrukujulist elastset elementi (joonis 2.55, e), mis on paigaldatud amortisaatori liikuvale osale. Seda tüüpi pidurdamine annab suhteliselt väikese poolsiinuse ülekoormuse, mille kestus mõõdetakse millisekundites.

6. Paigalduse põhjas piki kontuuri kinnitatud mulgustatav metallplaat koos platvormi või konteineri jäiga otsaga tagab suhteliselt väikesed ülekoormused (joonis 2.55, e).

7. Stendi liigutatavale platvormile paigaldatud deformeeruvad elemendid (joon. 2.55, g) koos jäiga koonilise püüdjaga tagavad pikaajalised ülekoormused kuni kümnete millisekundite tõusuajaga.

8. Deformeeritava seibiga piduriseade (joon. 2.55, h) võimaldab väikeste seibi deformatsioonidega saada objektile suuri aeglustusradasid (kuni 200 - 300 mm).

9. Pneumaatilise piduriseadme kasutamisel on võimalik laboritingimustes tekitada intensiivseid suure esiosaga šokiimpulsse (joonis 2.55, s). Pneumaatilise amortisaatori eelised hõlmavad selle korduvkasutatavat toimet, aga ka võimalust reprodutseerida erineva kujuga šokiimpulsse, sealhulgas neid, millel on märkimisväärne ettemääratud esiosa.

10. Lööktestimise praktikas on laialdaselt kasutusele võetud piduriseade hüdraulilise amortisaatori kujul (vt joon. 2.54, a). Kui katseobjekt tabab amortisaatorit, sukeldub selle varras vedelikku. Vedelik surutakse välja läbi varrepunkti vastavalt reguleernõela profiiliga määratud seadusele. Nõela profiili muutes on võimalik realiseerida erinevat tüüpi pidurdusseadust. Nõela profiili saab arvutades, kuid liiga keeruline on arvestada näiteks õhu olemasolu kolviõõnes, hõõrdejõude tihendusseadmetes jne. Seetõttu tuleb arvutatud profiili katseliselt korrigeerida. Seega saab arvutus-eksperimentaalset meetodit kasutada mis tahes pidurdusseaduse rakendamiseks vajaliku profiili saamiseks.

Löögikatsed laboritingimustes seab objekti paigaldamisele mitmeid erinõudeid. Näiteks ei tohiks maksimaalne lubatud liikumine ristisuunas ületada 30% nimiväärtusest; nii löögikindluskatsetes kui ka löögitugevuskatsetes peab toodet olema võimalik paigaldada kolme üksteisega risti asetsevasse asendisse vajaliku arvu löögiimpulsside reprodutseerimisega. Mõõte- ja salvestusseadmete ühekordsed omadused peavad olema identsed laias sagedusvahemikus, mis tagab mõõdetava impulsi erinevate sageduskomponentide vahekordade õige registreerimise.

Erinevate mehaaniliste süsteemide ülekandefunktsioonide mitmekesisuse tõttu võib erineva kujuga löögiimpulss põhjustada sama löögispektri. See tähendab, et mingi kiirendusaja funktsiooni ja löökide spektri vahel puudub üks-ühele vastavus. Seetõttu on tehnilisest aspektist õigem määrata löögitestide spetsifikatsioonid, mis sisaldavad nõudeid löögispektrile, mitte aga kiirenduse ajalisele tunnusele. Esiteks viitab see materjalide väsimustõrke mehhanismile laadimistsüklite kuhjumise tõttu, mis võib katseti erineda, kuigi kiirenduse ja pinge tippväärtused jäävad konstantseks.

Šokiprotsesside modelleerimisel on otstarbekas koostada parameetrite määramise süsteem vastavalt tuvastatud teguritele, mis on vajalikud soovitud väärtuse küllalt täielikuks määramiseks, mida mõnikord on võimalik leida ainult eksperimentaalselt.

Arvestades massiivse, vabalt liikuva jäiga keha lööki jäigale alusele kinnitatud suhteliselt väikese suurusega deformeeruvale elemendile (näiteks pingi piduriseadmele), on vaja kindlaks määrata löögiprotsessi parameetrid ja kehtestada tingimused, mille korral sellised protsessid on üksteisega sarnased. Keha ruumilise liikumise üldjuhul saab koostada kuus võrrandit, millest kolm annavad impulsi jäävuse seaduse, kaks - massi ja energia jäävuse seadused, kuues on olekuvõrrand. Need võrrandid sisaldavad järgmisi suurusi: kolm kiiruse komponenti Vx Vy \ Vz> tihedus p, rõhk p ja entroopia. Jättes tähelepanuta hajutavad jõud ja eeldades, et deformeeritava ruumala olek on isentroopne, võib entroopia määravate parameetrite hulgast välja jätta. Kuna arvestatakse ainult keha massikeskme liikumist, siis on võimalik kiiruskomponente Vx, Vy määravate parameetrite hulka mitte arvata; Vz ja punktide L", Y, Z koordinaadid deformeeritava objekti sees. Deformeeritava ruumala olekut iseloomustatakse järgmiste defineerivate parameetritega:

materjali tihedus p;
rõhk p, mida on otstarbekam arvestada maksimaalse lokaalse deformatsiooni ja Otmax väärtuse kaudu, pidades seda kontakttsoonis jõukarakteristiku üldistatud parameetriks;
löögi algkiirus V0, mis on suunatud piki normaalpinda, millele deformeeritav element on paigaldatud;
praegune aeg t;
kehamass t;
vabalangemise kiirendus g;
materjalide elastsusmoodul E, kuna keha pingeseisund kokkupõrkel (välja arvatud kontakttsoon) loetakse elastseks;
keha (või deformeeritava elemendi) iseloomulik geomeetriline parameeter D.

Vastavalt TS-teoreemile saab kaheksa parameetrit, millest kolmel on sõltumatud mõõtmed, kasutada viie sõltumatu mõõtmeteta kompleksi koostamiseks:

Löögiprotsessi kindlaksmääratud parameetritest koosnevad mõõtmeteta kompleksid on mõned sõltumatute mõõtmeteta komplekside P1-P5 funktsioonid.

Määratavad parameetrid hõlmavad järgmist:

voolu lokaalne deformatsioon a;
keha kiirus V;
kontaktjõud P;
pinge kehas a.

Seetõttu võime kirjutada funktsionaalsed seosed:

Funktsioonide tüübi /1, /2, /e, /4 saab määrata eksperimentaalselt, võttes arvesse suurt hulka defineerivaid parameetreid.

Kui kokkupõrkel ei teki kontakttsoonist väljapoole jäävates kehaosades jääkdeformatsioone, siis on deformatsioonil lokaalne iseloom ja sellest tulenevalt võib kompleksi R5 = pY^/E välistada.

Kompleksi Jl2 = Pttjjjax) ~ Cm nimetatakse suhtelise kehamassi koefitsiendiks.

Plastilisele deformatsioonile vastupidavuse koefitsient Cp on otseselt seotud jõu tunnusindeksiga N (materjali vastavuse koefitsient, olenevalt põrkuvate kehade kujust) järgmise seosega:

kus p on materjalide vähendatud tihedus kontakttsoonis; Cm = m/(pa?) on põrkuvate kehade taandatud suhteline mass, mis iseloomustab nende taandatud massi M suhet kontakttsoonis deformeeritava ruumala vähenenud massi; xV on mõõtmeteta parameeter, mis iseloomustab deformatsiooni suhtelist tööd.

Funktsiooni Cp - /z (R1 (Rr, R3, R4) saab kasutada ülekoormuste määramiseks:

Kui tagada mõõtmeteta komplekside IJlt R2, R3, R4 arvväärtuste võrdsus kahe löögiprotsessi jaoks, siis need tingimused, s.o.

on nende protsesside sarnasuse kriteeriumid.

Kui need tingimused on täidetud, on funktsioonide /b/g./z» L» me- arvväärtused samad ka sarnastel ajahetkedel -V CtZoimax-const; ^r = const; Cp = const, mis võimaldab määrata ühe mõjuprotsessi parameetrid lihtsalt ümber arvutades teise protsessi parameetrid. Vajalikud ja piisavad nõuded mõjuprotsesside füüsikaliseks modelleerimiseks võib sõnastada järgmiselt:

Mudeli ja loodusobjekti tööosad peavad olema geomeetriliselt sarnased.
Mõõtmeteta kompleksid, mis koosnevad määratlevatest parameetritest, peavad vastama tingimusele (2.68). Tabamistegurite tutvustamine.

Tuleb meeles pidada, et ainult löögiprotsessi parameetrite modelleerimisel on kehade pingeseisundid (looduslikud ja mudel) tingimata erinevad.

Mõjumehhanism. Täiuslikult jäiga keha mehaanikas käsitletakse lööki hüppelaadse protsessina, mille kestus on lõpmata väike. Kokkupõrke ajal tekivad põrkuvate kehade kokkupuutepunktis suured, kuid koheselt mõjuvad jõud, mis viivad impulsi lõpliku muutumiseni. Reaalsetes süsteemides toimivad lõplikud jõud alati piiratud ajaintervalli jooksul ning kahe liikuva keha kokkupõrge on seotud nende deformatsiooniga kokkupuutepunkti lähedal ja survelaine levimisega nende kehade sees. Löögi kestus sõltub paljudest füüsikalistest teguritest: põrkuvate kehade materjalide elastsusomadustest, kujust ja suurusest, lähenemise suhtelisest kiirusest jne.

Kiirenduse muutumist ajas nimetatakse tavaliselt löögikiirenduse impulsiks või löögiimpulsiks ning ajaga toimuva kiirenduse muutumise seadust nimetatakse šokiimpulsi vormiks. Löögiimpulsi peamised parameetrid hõlmavad lööki kiirenduse tippväärtust (ülekoormust), löögikiirenduse kestust ja impulsi kuju.

Toode reageerib löökkoormusele kolmel põhitüübil:

* ballistiline (kvasisummutav) ergastusrežiim (EI loomulike võnkumiste periood on suurem kui ergastusimpulsi kestus);

* ergastuse kvaasiresonantsrežiim (EI loomulike võnkumiste periood on ligikaudu võrdne ergastusimpulsi kestusega);

* ergastuse staatiline režiim (EI loomulike võnkumiste periood on väiksem kui ergutusimpulsi kestus).

Ballistilises režiimis on EM-kiirenduse maksimaalne väärtus alati väiksem kui löögiimpulsi tippkiirendus. Kvaasiresonants Kvaasiresonantsne ergastusrežiim on ergastatud kiirenduste (m rohkem kui 1) suuruse poolest kõige jäigem. Ergastuse staatilises režiimis kordab ED reaktsioon täielikult toimivat impulssi (m=1), testi tulemused ei sõltu impulsi kujust ja kestusest. Katsed staatilises piirkonnas on samaväärsed lineaarse kiirenduse mõju katsetega, kuna seda võib vaadelda kui lõpmatu kestusega lööki.

Kukkumistestid viiakse läbi kvaasiresonantse ergastuse režiimis. Löögitugevust hinnatakse elektrijaama konstruktsiooni terviklikkuse järgi (puuduvad praod, laastud).

Löögikatsed viiakse läbi pärast löögikatseid elektrilise koormuse all, et kontrollida ED võimet täita oma funktsioone mehaanilise löögi tingimustes.

Lisaks mehaanilistele põrutusalustele kasutatakse elektrodünaamilisi ja pneumaatilisi põrutusaluseid. Elektrodünaamilistes stendides lastakse liikuva süsteemi ergutuspoolist läbi vooluimpulss, mille amplituud ja kestus on määratud löögiimpulsi parameetritega. Pneumaatilistel alustel saadakse löökikiirendus, kui laud põrkab kokku õhkrelvast tulistatud mürsuga.

Löökpukkide omadused on väga erinevad: kandevõime, kandevõime - 1 kuni 500 kg, löökide arv minutis (reguleeritav) - 5 kuni 120, maksimaalne kiirendus - 200 kuni 6000 g, löökide kestus - 0,4 kuni 40 ms.