Ispitivanja utjecaja. Fenomen udarca Pomicanje točaka pri udaru

Pokušaj analiziranja rizika od ozljeda od udaraca u glavu golom šakom, u usporedbi s udarcima u boksačkoj rukavici.

Teorija utjecaja.

Udarac u mehanici je kratkotrajna interakcija tijela, uslijed koje se mijenjaju njihove brzine. Udarna sila ovisi, prema Newtonovom zakonu, o efektivnoj masi udarnog tijela i njegovom ubrzanju:

Riža. 1 Krivulja razvoja udarne sile u vremenu

F = m*a (1),

gdje
F - snaga,
m je masa,
a - ubrzanje.

Ako promatramo utjecaj u vremenu, tada interakcija traje vrlo kratko - od deset tisućinki (trenutni kvazielastični udari) do desetinki sekunde (neelastični udari). Udarna sila na početku udara brzo raste do svoje maksimalne vrijednosti, a zatim pada na nulu (slika 1.). Njegova maksimalna vrijednost može biti vrlo velika. Međutim, glavna mjera interakcije udarca nije sila, već udarni impuls brojčano jednak površini ispod krivulje F(t). Može se izračunati kao integral:

(2)

gdje
S - udarni impuls,
t1 i t2 su vrijeme početka i završetka udara,
F(t) je ovisnost udarne sile F o vremenu t.

Budući da proces sudara traje vrlo kratko, u našem slučaju se može smatrati trenutnom promjenom brzina sudarajućih tijela.

U procesu udara, kao iu svim prirodnim pojavama, mora se poštivati zakon održanja energije. Stoga je prirodno napisati sljedeću jednadžbu:

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

gdje
E1 i E2 su kinetičke energije prvog i drugog tijela prije udara,
E'1 i E'2 - kinetičke energije nakon udara,
E1p i E2p su energije gubitaka pri udaru u prvom i drugom tijelu e.

Odnos između kinetičke energije nakon udarca i energije gubitaka jedan je od glavnih problema u teoriji udara.

Slijed mehaničkih pojava pri udaru je takav da prvo dolazi do deformacije tijela pri čemu se kinetička energija gibanja pretvara u potencijalnu energiju elastične deformacije. Potencijalna energija se zatim pretvara natrag u kinetičku energiju. Ovisno o tome koji dio potencijalne energije prelazi u kinetičku energiju, a koji se gubi, raspršujući se zagrijavanjem i deformacijom, razlikuju se tri vrste udara:

Apsolutno elastičan udar Sva mehanička energija je očuvana. Ovo je idealizirani model sudara, međutim, u nekim slučajevima, na primjer, u slučaju udara biljarske lopte, uzorak udara je blizak savršeno elastičnom udaru.
Apsolutno neelastičan udar– energija deformacije se u potpunosti pretvara u toplinu. Primjer: doskoci u skokovima i sjašenjima, udaranje plastelinske loptice o zid i sl. Kod apsolutno neelastičnog udara, brzine tijela u interakciji nakon udarca su jednake (tijela se drže zajedno).
Djelomično neelastičan udar- dio energije elastične deformacije pretvara se u kinetičku energiju gibanja.

U stvarnosti, svi utjecaji su ili apsolutno ili djelomično neelastični. Newton je predložio karakteriziranje neelastičnog utjecaja takozvanim faktorom oporavka. Ona je jednaka omjeru brzina tijela u interakciji nakon i prije udara. Što je ovaj koeficijent manji, to se više energije troši na nekinetičke komponente E1p i E2p (zagrijavanje, deformacija). Teoretski, ovaj se koeficijent ne može dobiti, on se utvrđuje empirijski i može se izračunati pomoću sljedeće formule:

gdje
v1, v2 su brzine tijela prije udara,
v'1, v'2 - nakon udarca.

Kod k = 0 udar će biti apsolutno neelastičan, a kod k = 1 apsolutno elastičan. Faktor oporavka ovisi o elastičnim svojstvima sudarajućih tijela. Na primjer, bit će drugačije kada teniska loptica udari u različite podloge i rekete različitih vrsta i kvaliteta. Koeficijent povrata nije samo karakteristika materijala, budući da ovisi i o brzini interakcije udarca - smanjuje se s povećanjem brzine. Priručnici daju vrijednosti faktora oporavka za neke materijale za brzine udara manje od 3 m/s.

Biomehanika udarnog djelovanja

Udaraljke u biomehanici nazivaju se radnjama, čiji se rezultat postiže mehaničkim udarcem. U udarnim radnjama postoje:

zamah unatrag- pokret koji prethodi udarnom kretanju i dovodi do povećanja udaljenosti između udarne karike tijela i predmeta na koji se udar primjenjuje. Ova faza je najvarijabilnija.
udarni pokret- od kraja zamaha do početka udarca.
Interakcija utjecaja (ili stvarni utjecaj)- sudar sudarajućih tijela.
Kretanje nakon udara- kretanje udarne karike tijela nakon prestanka kontakta s predmetom na koji je udar primijenjen.

Kod mehaničkog udara, brzina tijela (na primjer, lopte) nakon udarca je veća, što je veća brzina udarne karike neposredno prije udara. Kod štrajkova u sportu takva ovisnost nije potrebna. Na primjer, kada se servira u tenisu, povećanje brzine reketa može dovesti do smanjenja brzine lopte, budući da masa udarca tijekom udaraca koje izvodi sportaš nije konstantna: ovisi o koordinaciji njegovih pokreta. . Ako se, na primjer, udarac izvodi savijanjem zgloba ili opuštenom rukom, tada će samo masa reketa i šake u interakciji s loptom. Ako je u trenutku udara udarna karika fiksirana aktivnošću mišića antagonista i predstavlja, takoreći, jedno čvrsto tijelo, tada će masa cijele ove karike sudjelovati u interakciji udarca.

Ponekad sportaš baci dva udarca istom brzinom, ali je brzina lopte ili snaga udarca različita. To je zbog činjenice da udarna masa nije ista. Vrijednost udarne mase može se koristiti kao kriterij za učinkovitost udarne tehnike. Budući da je jako teško izračunati udarnu masu, učinkovitost interakcije udarca procjenjuje se kao omjer brzine projektila nakon udara i brzine udarnog elementa prije udara. Ovaj se pokazatelj razlikuje u različitim vrstama štrajkova. Na primjer, u nogometu varira od 1,20 do 1,65. Ovisi i o težini sportaša.

Neki sportaši koji imaju vrlo jak udarac (u boksu, odbojci, nogometu itd.) ne razlikuju se po velikoj mišićnoj snazi. Ali oni su u stanju prenijeti veliku brzinu udarnom segmentu i, u trenutku udara, stupiti u interakciju s pogođenim tijelom s velikom udarnom masom.

Mnoge udarne sportske akcije ne mogu se smatrati "čistim" štrajkom, čija je osnova teorije gore iznesena. U teoriji udarca u mehanici pretpostavlja se da do udara dolazi tako brzo, a da su udarne sile toliko velike da se sve ostale sile mogu zanemariti. U mnogim udarnim akcijama u sportu ove pretpostavke nisu opravdane. Vrijeme udara u njima, iako kratko, ipak se ne može zanemariti; put interakcije udarca, po kojem se sudarajuća tijela kreću zajedno tijekom udara, može doseći 20-30 cm.

Stoga je u sportskim udarnim radnjama u načelu moguće mijenjati količinu kretanja tijekom udara uslijed djelovanja sila koje nisu povezane sa samim udarom. Ako se udarna karika tijekom udarca dodatno ubrzava zbog mišićne aktivnosti, povećava se udarni impuls i, sukladno tome, brzina odlaska projektila; ako se proizvoljno uspori, impuls udarca i brzina uzlijetanja se smanjuju (to može biti potrebno za precizne skraćene udarce, na primjer, prilikom dodavanja lopte partneru). Neki udarni potezi, u kojima je dodatni dobitak zamaha tijekom udaranja vrlo velik, općenito su nešto između bacanja i udaranja (to se ponekad radi u drugom prolazu u odbojci).

Koordinacija pokreta s najsnažnijim udarcima podliježe dvama zahtjevima:

komunikacija najveće brzine do udarne karike do trenutka dodira s pogođenim tijelom. U ovoj fazi kretanja koriste se iste metode povećanja brzine kao i u drugim pokretnim radnjama;
povećanje udarne mase u trenutku udara. To se postiže "fiksiranjem" pojedinih karika udarnog segmenta istodobnim uključivanjem mišića antagonista i povećanjem radijusa rotacije. Na primjer, u boksu i karateu, sila udarca desnom rukom približno se udvostručuje ako os rotacije prolazi blizu lijevog ramenog zgloba, u usporedbi s udarcima u kojima se os rotacije poklapa sa središnjom uzdužnom osi tijela. .

Vrijeme udara je toliko kratko da je već nemoguće ispraviti učinjene pogreške. Stoga je točnost udarca presudno osigurana ispravnim radnjama tijekom zamaha i udarnog pokreta. Na primjer, u nogometu položaj potporne noge određuje točnost cilja za početnike za oko 60-80%.

Taktika sportskih natjecanja često zahtijeva udare koji su neočekivani za neprijatelja („skriveni“). To se postiže izvođenjem udaraca bez pripreme (ponekad i bez zamaha), nakon varljivih pokreta (finte) itd. Biomehaničke karakteristike udaraca se mijenjaju, jer se u takvim slučajevima obično izvode djelovanjem samo distalnih segmenata ( udari zapešćem).

Distalno - [npr. kraj, falanga] (distalis) - kraj mišića ili kosti uda ili cijele strukture (falanga, mišić) najudaljeniji od tijela.

Udarac sa i bez boksačke rukavice.

Nedavno se u pojedinim sportskim krugovima vodila ozbiljna rasprava o većoj traumatizaciji mozga od udaraca boksačkom rukavicom od udaraca golom rukom. Pokušajmo dobiti odgovor na ovo pitanje koristeći dostupne podatke istraživanja i elementarne zakone fizike.

Otkud takve misli? Usuđujem se to sugerirati uglavnom iz promatranja procesa udaranja u boksačku vreću. Provedene su studije u kojima su Smith i Hemil u svom radu objavljenom 1986. mjerili brzinu šake sportaša i brzinu vreće za boksanje. Strogo govoreći, opasnost od potresa mozga određena je količinom ubrzanja glave, a ne brzinom. Međutim, prema prijavljenoj brzini torbe može se samo posredno suditi o veličini ubrzanja, jer pretpostavlja se da je ta brzina razvijena u kratkom vremenskom razdoblju udara.

Torba je pogođena na tri različita načina: golom šakom, karate rukavicom i boksačkom rukavicom. Doista, brzina vreće kada je udarena rukavicom bila je oko 15% veća nego kada je udarena šakom. Razmotrite fizičku pozadinu studije. Kao što je već spomenuto, svi udari su djelomično neelastični i dio energije udarne karike troši se na zaostalu deformaciju projektila, a ostatak energije se troši na prenošenje kinetičke energije projektilu. Udio ove energije karakterizira faktor oporavka.

Rezerviramo odmah radi veće jasnoće da kada se razmatra energija deformacije i energija translacijskog gibanja, velika energija deformacije igra pozitivnu ulogu, jer manje energije ostaje za kretanje naprijed. U ovom slučaju govorimo o elastičnim deformacijama koje ne predstavljaju opasnost po zdravlje, dok je energija translacijskog gibanja izravno povezana s ubrzanjem i opasna je za mozak.

Izračunajte faktor povrata boksačke vreće prema podacima koje su dobili Smith i Hemil. Masa vreće bila je 33 kg. Eksperimentalni rezultati pokazali su neznatne razlike u brzini šake za različite tipove rukavica (gola šaka: 11,03±1,96 m/s, u karate rukavici: 11,89±2,10 m/s, u boksačkoj: 11,57±3,43 m/s). Prosječna brzina šake bila je 11,5 m/s. Pronađene su razlike u zamahu vrećice za različite vrste rukavica. Udarac boksačkom rukavicom izazvao je veći zamah vreće (53,73±15,35 Ns) nego udarac golom šakom (46,4±17,40 Ns) ili karate rukavicom (42,0±18,7 Ns), koji su imali gotovo jednake vrijednosti. Da biste odredili brzinu vrećice iz njezina zamaha, trebate podijeliti zamah vreće s njezinom masom:

v = p/m (5)

gdje
v je brzina vreće,
p je zamah vrećice,
m je masa vrećice.

Koristeći formulu za izračun faktora oporavka (4) i uz pretpostavku da je brzina šake nakon udarca jednaka nuli, dobivamo vrijednost za udarac golom šakom od oko 0,12, t.j. k = 12%. Za slučaj udarca boksačkom rukavicom, k = 14%. To potvrđuje naše životno iskustvo – udarac u boksačku vreću je gotovo potpuno neelastičan i gotovo sva energija udarca troši se na njezinu deformaciju.

Posebno treba napomenuti da je šaka u karate rukavici imala najveću brzinu. Zamah torbe pri udaru karate rukavicom bio je najmanji. Udarci golim šakama u ovoj studiji bili su u sredini. To se može objasniti činjenicom da su se sportaši bojali ozlijediti ruku i refleksno su smanjivali brzinu i snagu udarca. Kod udarca u karate rukavicu takav strah se nije javljao.

Što se događa ako dobijete udarac u glavu? Osvrnimo se na još jednu studiju iz 2005. Valilko, Viano i Beer, koja je istraživala boksačke udarce rukavicama na posebno dizajniranoj lutki (slika 2). U ovom radu detaljno su proučavani svi udarni parametri i utjecaj na glavu i vrat lutke. Vrat lutke bio je elastična metalna opruga, pa se ovaj model može smatrati modelom boksača spremnog za udarce s napetim mišićima vrata. Upotrijebimo podatke o kretanju naprijed lutkine glave i izračunajmo faktor oporavka (k) za izravan udarac u glavu.

Riža. 2 Studija Valilka, Viana i Bira - boksač udara lutku.

Prosječna brzina ruke prije udara bila je 9,14 m/s, a prosječna brzina glave nakon udarca 2,97 m/s. Dakle, prema istoj formuli (4), faktor oporavka k = 32%. To znači da je 32% energije otišlo u kinetičko kretanje glave, a 68% u deformaciju vrata i rukavice. Govoreći o energiji deformacije vrata, ne govorimo o geometrijskoj deformaciji (zakrivljenosti) cervikalne regije, već o energiji koju su vratni mišići (u ovom slučaju opruga) utrošili da bi glava bila mirna. Zapravo, to je energija otpora na udar. Deformacija lica manekena, kao i ljudske lubanje lica, ne dolazi u obzir. Ljudske kosti su vrlo čvrst materijal. U tablici. Na slici 1 prikazan je koeficijent elastičnosti (Youngov modul) nekoliko materijala. Što je ovaj koeficijent veći, to je materijal tvrđi. Tablica pokazuje da je u pogledu krutosti kost nešto inferiornija od betona.

Tablica 1. Koeficijenti elastičnosti (Youngovi moduli) različitih materijala.

Što će biti faktor oporavka za udarac golom šakom u glavu? Ne postoje studije o tome. No, pokušajmo shvatiti moguće posljedice. Kod udaranja, kao i kod udaranja rukavicom, najveći dio energije će uzeti mišići vrata, naravno pod uvjetom da su napeti. U radu Valilka, Viana i Beera nemoguće je odvojiti energiju naprezanja rukavice od energije naprezanja vrata lutke, ali se može pretpostaviti da je lavovski dio ukupne energije deformacije otišao u deformaciju vrata. Stoga se može pretpostaviti da kod udaranja golom šakom razlika u koeficijentu oporavka neće prelaziti 2-5% u odnosu na udaranje rukavicom, kao što je to bio slučaj u radu Smitha i Hemila, gdje je razlika bila 2%. Očito, razlika od 2% nije značajna.

Navedeni proračuni su napravljeni na temelju podataka o pravocrtnom ubrzanju glave nakon udarca. Ali uza svu njihovu relativnu složenost, vrlo su daleko od predviđanja traumatizma udarca. Engleski fizičar Holborn, koji je 1943. radio s gel modelima mozga, bio je jedan od prvih koji je iznio rotacijsko ubrzanje glave kao glavni parametar ozljede mozga. Ommai i suradnici izvijestili su da rotacijsko ubrzanje od 4500 rad/s2 rezultira potresom mozga i teškom ozljedom aksona. Raniji rad istog autora navodi da rotacijsko ubrzanje iznad 1800 rad/s2 stvara 50% šanse za potres mozga. Članak Valilka, Viana i Bira daje parametre 18 različitih udaraca. Ako uzmemo istog boksača i njegov udarac brzinom ruke od 9,5 m / s i udarcem brzinom od 6,7 m / s, tada je u prvom slučaju koeficijent oporavka 32%, a u drugom je već 49 %. Prema svim našim izračunima, pokazalo se da je drugi udar traumatičniji: veći faktor oporavka (više energije potrošeno je u pomicanju glave prema naprijed), velika efektivna masa (2,1 kg i 4,4 kg), nešto veća ubrzanje glave (67 g i 68 g ). Međutim, ako usporedimo rotacijsko ubrzanje glave koje nastaju ova dva udarca, vidjet ćemo da je prvi udar traumatičniji (7723 rad/s2 odnosno 5209 rad/s2). Štoviše, razlika u brojkama je prilično značajna. Ova činjenica ukazuje da traumatizam štrajka ovisi o velikom broju varijabli i da se pri ocjeni učinkovitosti štrajka ne može voditi samo impulsom p = mv. Ovdje je od velike važnosti mjesto udara, kako bi se izazvala najveća rotacija glave. U vezi s navedenim podacima, ispada da faktor boksačke rukavice kod ozljeda i potresa mozga ne igra glavnu ulogu.

Sumirajući naš članak, napominjemo sljedeće. Čimbenici koji utječu na ozljedu mozga prilikom udaranja sa i bez boksačke rukavice ne razlikuju se bitno i mogu se mijenjati u jednom ili drugom smjeru, ovisno o boksaču i vrsti udarca. Puno značajniji čimbenici koji utječu na potres leže izvan razmatrane ravnine, poput vrste i mjesta udarca u glavu, koji određuju njegov rotacijski moment.

Pritom ne treba zaboraviti da su boksačke rukavice namijenjene prvenstveno zaštiti mekih tkiva lica. Udarci bez rukavica dovode do oštećenja kostiju, zglobova i mekih tkiva i kod napadača i kod napadnutog sportaša. Najčešća i najbolnija od njih je ozljeda zvana "boksačev zglob".

Boksački zglob je poznati izraz u sportskoj medicini kojim se opisuje ozljeda šake – oštećenje zglobne čahure metakarpofalangealnog zgloba (obično II ili III), odnosno vlakana koja drže tetivu mišića ekstenzora prstiju.

Opasnost od zaraze raznim infekcijama, uključujući viruse hepatitisa C ili HIV-a, te niz drugih neugodnih posljedica, uključujući i neprivlačan izgled, snažno odbacuju tezu da je borba golim rukama sigurnija za zdravlje.

Reference:

1. Lamash B.E. Predavanja iz biomehanike. https://www.dvgu.ru/meteo/book/BioMechan.htm
2. Smith PK, Hamill J. Učinak tipa rukavice za probijanje i razine vještine na prijenos zamaha. 1986, J. Hum. mov. Klinac. vol.12, str. 153-161 (prikaz, stručni).
3. Walilko T.J., Viano D.C. i Bir C.A. Biomehanika glave za olimpijske boksače udarce u lice. 2005., Br J Sports Med. vol.39, str.710-719
4 Holbourn A.H.S. Mehanika ozljede glave. 1943, Lancet. vol.2, str.438-441.
5. Ommaya A.K., Goldsmith W., Thibault L. Biomehanika i neuropatologija ozljeda glave odraslih i djece. 2002, Br J Neurosurg. vol.16, br.3, str.220–242.

6. sportmedicine.ru

U mehanici je udar mehaničko djelovanje materijalnih tijela koje dovodi do konačne promjene brzina njihovih točaka u beskonačno malom vremenskom razdoblju. Udarno gibanje je gibanje koje nastaje kao rezultat jedne interakcije tijela (medija) s razmatranim sustavom, pod uvjetom da su najmanji period prirodnih oscilacija sustava ili njegova vremenska konstanta razmjerni ili veći od vremena interakcije.

Tijekom interakcije udarca u točkama koje se razmatraju određuju se udarna ubrzanja, brzina ili pomak. Zajedno, takvi utjecaji i reakcije nazivaju se procesi utjecaja. Mehanički udari mogu biti pojedinačni, višestruki i složeni. Pojedinačni i višestruki udarni procesi mogu utjecati na aparaturu u uzdužnom, poprečnom i bilo kojem međusmjeru. Složena udarna opterećenja djeluju na objekt istovremeno u dvije ili tri međusobno okomite ravnine. Udarna opterećenja na zrakoplov mogu biti neperiodična i periodična. Pojava udarnih opterećenja povezana je s oštrom promjenom ubrzanja, brzine ili smjera kretanja zrakoplova. Najčešće u stvarnim uvjetima postoji složeni pojedinačni udarni proces, koji je kombinacija jednostavnog udarnog impulsa sa superponiranim oscilacijama.

Glavne karakteristike procesa šoka:

zakoni promjene vremena udarnog ubrzanja a(t), brzine V(t) i pomaka X(t) vršnog udarnog ubrzanja;
trajanje fronta udarnog ubrzanja Tf - vremenski interval od trenutka nastanka udarnog ubrzanja do trenutka koji odgovara njegovoj vršnoj vrijednosti;
koeficijent superponiranih fluktuacija udarnog ubrzanja - omjer ukupnog zbroja apsolutnih vrijednosti prirasta između susjednih i ekstremnih vrijednosti ubrzanja udarca i njegove udvostručene vršne vrijednosti;
impuls udarnog ubrzanja - integral udarnog ubrzanja tijekom vremena jednakog trajanju njegova djelovanja.

Prema obliku krivulje funkcionalne ovisnosti parametara gibanja, udarni procesi se dijele na jednostavne i složene. Jednostavni procesi ne sadrže visokofrekventne komponente, a njihove karakteristike aproksimiraju se jednostavnim analitičkim funkcijama. Naziv funkcije određen je oblikom krivulje koja aproksimira ovisnost akceleracije o vremenu (polusinusoidna, kozanusoidna, pravokutna, trokutasta, pilasta, trapezna, itd.).

Mehanički udar karakterizira brzo oslobađanje energije, što rezultira lokalnim elastičnim ili plastičnim deformacijama, pobuđivanjem valova naprezanja i drugim efektima, koji ponekad dovode do kvara i uništenja strukture zrakoplova. Udarno opterećenje primijenjeno na zrakoplov pobuđuje brzo prigušene prirodne oscilacije u njemu. Vrijednost preopterećenja pri udaru, priroda i brzina raspodjele naprezanja po konstrukciji zrakoplova određuju se silinom i trajanjem udarca te prirodom promjene ubrzanja. Udar, koji djeluje na zrakoplov, može uzrokovati njegovo mehaničko uništenje. Ovisno o trajanju, složenosti procesa udara i njegovom maksimalnom ubrzanju tijekom ispitivanja, utvrđuje se stupanj krutosti konstrukcijskih elemenata zrakoplova. Jednostavan udar može uzrokovati uništenje zbog pojave jakih, iako kratkotrajnih prenaprezanja u materijalu. Složen udar može dovesti do nakupljanja mikrodeformacija zamora. Budući da konstrukcija zrakoplova ima rezonantna svojstva, čak i jednostavan udar može izazvati oscilatornu reakciju u njegovim elementima, također popraćenu fenomenom zamora.

Mehanička preopterećenja uzrokuju deformaciju i lom dijelova, labavljenje spojeva (zavarenih, navojnih i zakovanih), odvrtanje vijaka i matica, pomicanje mehanizama i kontrola, uslijed čega se mijenja podešavanje i podešavanje uređaja i pojavljuju se drugi kvarovi.

Borba protiv štetnih učinaka mehaničkih preopterećenja provodi se na različite načine: povećanjem čvrstoće konstrukcije, korištenjem dijelova i elemenata povećane mehaničke čvrstoće, korištenjem amortizera i posebne ambalaže te racionalnim postavljanjem uređaja. Mjere zaštite od štetnih učinaka mehaničkih preopterećenja podijeljene su u dvije skupine:

mjere usmjerene na osiguranje potrebne mehaničke čvrstoće i krutosti konstrukcije;
mjere usmjerene na izolaciju konstrukcijskih elemenata od mehaničkih utjecaja.

U potonjem slučaju koriste se različita sredstva za apsorpciju udaraca, izolacijske brtve, kompenzatori i prigušivači.

Opći zadatak ispitivanja zrakoplova na udarna opterećenja je provjera sposobnosti zrakoplova i svih njegovih elemenata da obavljaju svoje funkcije tijekom i nakon udara, t.j. održavati svoje tehničke parametre tijekom udara i nakon njega u granicama navedenim u regulatornim i tehničkim dokumentima.

Glavni zahtjevi za ispitivanje na udar u laboratorijskim uvjetima su maksimalna aproksimacija rezultata probnog udara na objekt učinku stvarnog udara u prirodnim radnim uvjetima i ponovljivost udara.

Prilikom reproduciranja načina udarnog opterećenja u laboratorijskim uvjetima nameću se ograničenja na oblik impulsa trenutnog ubrzanja kao funkciju vremena (slika 2.50), kao i na dopuštene granice odstupanja oblika impulsa. Gotovo svaki udarni puls na laboratorijskom postolju prati pulsiranje, što je posljedica rezonantnih pojava u bubnjarskim strojevima i pomoćnoj opremi. Budući da je spektar udarnog impulsa uglavnom karakteristika destruktivnog djelovanja udarca, čak i mala pulsacija koja se preklapa može učiniti rezultate mjerenja nepouzdanima.

Ispitni uređaji koji simuliraju pojedinačne udare praćene oscilacijama čine posebnu klasu opreme za mehanička ispitivanja. Udarne stalke se mogu klasificirati prema različitim kriterijima (slika 2.5!):

I - prema principu formiranja udarnih impulsa;

II - po prirodi ispitivanja;

III - prema vrsti ponovljivog udarnog opterećenja;

IV - prema principu djelovanja;

V - prema izvoru energije.

Općenito, shema udarnog postolja sastoji se od sljedećih elemenata (slika 2.52): ispitni objekt, postavljen na platformu ili kontejner, zajedno sa senzorom preopterećenja udarcem; sredstvo za ubrzanje za priopćavanje potrebne brzine objektu; uređaj za kočenje; sustavi upravljanja; uređaj za snimanje za snimanje proučavanih parametara objekta i zakona promjene udarnog preopterećenja; primarni pretvarači; pomoćni uređaji za podešavanje načina rada ispitivanog objekta; izvori napajanja potrebni za rad ispitivanog objekta i tahografa.

Najjednostavniji stalak za ispitivanje na udar u laboratorijskim uvjetima je stalak koji radi na principu spuštanja ispitnog objekta pričvršćenog na kolicu s određene visine, t.j. koristeći Zemljinu gravitaciju za raspršivanje. U ovom slučaju, oblik udarnog impulsa određen je materijalom i oblikom sudarajućih površina. Na takvim tribinama moguće je osigurati ubrzanje do 80000 m/s2. Na sl. 2.53, a i b prikazane su temeljno moguće sheme takvih postolja.

U prvoj verziji (slika 2.53, a) motorom se pokreće poseban bregast 3 sa zupcem za začepljenje. Kada breg dosegne maksimalnu visinu H, stol 1 s predmetom za ispitivanje 2 pada na kočne uređaje 4, koji ga zadaju udarac. Preopterećenje udarcem ovisi o visini pada H, krutosti kočnih elemenata k, ukupnoj masi stola i ispitnog objekta M i određuje se sljedećim odnosom:

Mijenjanjem ove vrijednosti možete dobiti različita preopterećenja. U drugoj varijanti (slika 2.53, b) postolje radi po metodi pada.

Ispitni stolovi koji koriste hidraulični ili pneumatski pogon za ubrzanje kolica praktički su neovisni o djelovanju gravitacije. Na sl. 2.54 prikazuje dvije opcije za udarne pneumatske stalke.

Princip rada postolja sa zračnim pištoljem (slika 2.54, a) je sljedeći. Komprimirani plin se dovodi u radnu komoru /. Kada se postigne unaprijed određeni tlak, koji se kontrolira manometrom, automat 2 oslobađa spremnik 3, gdje se postavlja ispitni objekt. Prilikom izlaska iz cijevi 4 zračnog pištolja, spremnik dolazi u kontakt s uređajem 5, što vam omogućuje mjerenje brzine spremnika. Zračni pištolj je pričvršćen na potporne stupove preko amortizera b. Zadani zakon kočenja na amortizeru 7 provodi se promjenom hidrauličkog otpora tekućine koja teče 9 u procjepu između posebno profilirane igle 8 i rupe u amortizeru 7.

Strukturni dijagram drugog stalka za pneumatski udar, (Sl. 2.54, b) sastoji se od ispitnog objekta 1, kolica 2 na koji je postavljen ispitni objekt, brtve 3 i kočionog uređaja 4, ventila 5 koji vam omogućuju stvaranje navedeni tlak plina pada na klip b, i sustavi za opskrbu plinom 7. Kočni uređaj se aktivira odmah nakon sudara kolica i odstojnika kako bi spriječio preokrenuti nosač i izobličiti valne oblike udarca. Upravljanje takvim štandovima može se automatizirati. Mogu reproducirati širok raspon udarnih opterećenja.

Kao uređaj za ubrzanje mogu se koristiti gumeni amortizeri, opruge i, u nekim slučajevima, linearni asinkroni motori.

Mogućnosti gotovo svih amortizera određene su dizajnom kočnih uređaja:

1. Udar ispitnog objekta s krutom pločom karakterizira usporavanje zbog pojave elastičnih sila u zoni kontakta. Ova metoda kočenja ispitnog objekta omogućuje dobivanje velikih vrijednosti preopterećenja s malim prednjim dijelom njihovog rasta (slika 2.55, a).

2. Za dobivanje preopterećenja u širokom rasponu, od desetaka do desetaka tisuća jedinica, s vremenom porasta od desetak mikrosekundi do nekoliko milisekundi, koriste se deformabilni elementi u obliku ploče ili brtve koji leže na krutoj podlozi. Materijali ovih brtvi mogu biti čelik, mesing, bakar, olovo, guma itd. (slika 2.55, b).

3. Da bi se osigurao bilo koji specifični (zadani) zakon promjene n i t u malom rasponu, koriste se deformabilni elementi u obliku vrha (drobilice), koji se ugrađuje između ploče udarnog postolja i predmeta koji se ispituje. (slika 2.55, c).

4. Za reproduciranje udarca s relativno velikim putem usporavanja koristi se uređaj za kočenje koji se sastoji od olovne, plastično deformabilne ploče smještene na krutoj bazi postolja i tvrdog vrha odgovarajućeg profila koji se u nju ubacuje ( Slika 2.55, d), pričvršćena na objekt ili platformu postolja. Takvi kočni uređaji omogućuju postizanje preopterećenja u širokom rasponu od n(t) s kratkim vremenom porasta, do desetak milisekundi.

5. Kao kočni uređaj može se koristiti elastični element u obliku opruge (slika 2.55, e) ugrađen na pomični dio stalka za udarce. Ova vrsta kočenja osigurava relativno mala polusinusna preopterećenja s trajanjem mjerenim u milisekundama.

6. Probijena metalna ploča, pričvršćena duž konture na dnu instalacije, u kombinaciji s krutim vrhom platforme ili kontejnera, osigurava relativno mala preopterećenja (slika 2.55, e).

7. Deformabilni elementi ugrađeni na pomičnu platformu postolja (slika 2.55, g), u kombinaciji s krutim konusnim hvatačem, osiguravaju dugotrajna preopterećenja s vremenom uspona do nekoliko desetaka milisekundi.

8. Uređaj za kočenje s deformabilnom podloškom (slika 2.55, h) omogućuje postizanje velikih puteva usporavanja za objekt (do 200 - 300 mm) s malim deformacijama podloške.

9. Stvaranje u laboratorijskim uvjetima intenzivnih udarnih impulsa s velikim frontama moguće je korištenjem pneumatskog kočionog uređaja (slika 2.55, s). Prednosti pneumatskog prigušivača uključuju njegovo višekratno djelovanje, kao i mogućnost reprodukcije udarnih impulsa različitih oblika, uključujući i one sa značajnom unaprijed određenom prednjom stranom.

10. U praksi ispitivanja udara, kočni uređaj u obliku hidrauličkog amortizera postao je široku primjenu (vidi sliku 2.54, a). Kada ispitni objekt udari u amortizer, njegova šipka je uronjena u tekućinu. Tekućina se istiskuje kroz točku stabla prema zakonu određenom profilom regulacijske igle. Promjenom profila igle moguće je ostvariti različite vrste zakona kočenja. Profil igle se može dobiti proračunom, ali je preteško uzeti u obzir, na primjer, prisutnost zraka u šupljini klipa, sile trenja u brtvenim uređajima itd. Stoga se izračunati profil mora eksperimentalno korigirati. Dakle, računsko-eksperimentalna metoda može se koristiti za dobivanje profila potrebnog za provedbu bilo kojeg zakona kočenja.

Ispitivanje na udar u laboratorijskim uvjetima postavlja niz posebnih zahtjeva za ugradnju objekta. Tako, na primjer, maksimalno dopušteno kretanje u poprečnom smjeru ne smije prelaziti 30% nazivne vrijednosti; i kod ispitivanja otpornosti na udar i kod ispitivanja čvrstoće na udar, proizvod se mora moći ugraditi u tri međusobno okomita položaja uz reprodukciju potrebnog broja udarnih impulsa. Jednokratne karakteristike opreme za mjerenje i snimanje moraju biti identične u širokom frekvencijskom rasponu, što jamči ispravnu registraciju omjera različitih frekvencijskih komponenti mjerenog impulsa.

Zbog raznolikosti prijenosnih funkcija različitih mehaničkih sustava, isti udarni spektar može biti uzrokovan udarnim impulsom različitih oblika. To znači da ne postoji korespondencija jedan-na-jedan između neke funkcije vremena ubrzanja i spektra šoka. Stoga je s tehničkog stajališta ispravnije specificirati specifikacije za udarna ispitivanja koja sadrže zahtjeve za spektar udara, a ne za vremensku karakteristiku ubrzanja. Prije svega, to se odnosi na mehanizam loma materijala zbog zamora uslijed nakupljanja ciklusa opterećenja, koji se mogu razlikovati od testa do testa, iako će vršne vrijednosti ubrzanja i naprezanja ostati konstantne.

Pri modeliranju udarnih procesa svrsishodno je sastaviti sustav određivanja parametara prema identificiranim čimbenicima potrebnim za prilično potpuno određivanje željene vrijednosti, koja se ponekad može pronaći samo eksperimentalno.

S obzirom na utjecaj masivnog, slobodno pokretnog krutog tijela na deformabilni element relativno male veličine (na primjer, na kočni uređaj klupe) pričvršćen na krutu podlogu, potrebno je odrediti parametre procesa udara i uspostaviti uvjete pod kojima će takvi procesi biti međusobno slični. U općem slučaju prostornog gibanja tijela može se sastaviti šest jednadžbi, od kojih tri daju zakon održanja količine gibanja, dvije - zakon održanja mase i energije, šesta je jednadžba stanja. Ove jednadžbe uključuju sljedeće veličine: tri komponente brzine Vx Vy \ Vz> gustoću p, tlak p i entropiju. Zanemarujući disipativne sile i pretpostavivši da je stanje deformabilnog volumena izentropsko, entropiju se može isključiti iz broja određujućih parametara. Budući da se razmatra samo gibanje središta mase tijela, moguće je među određujuće parametre ne uključiti komponente brzine Vx, Vy; Vz i koordinate točaka L", Y, Z unutar deformabilnog objekta. Stanje deformabilnog volumena karakterizirat će sljedeći parametri za definiranje:

gustoća materijala p;
tlak p, koji je svrsishodnije uzeti u obzir kroz vrijednost maksimalne lokalne deformacije i Otmax, smatrajući ga generaliziranim parametrom karakteristike sile u kontaktnoj zoni;
početna brzina udarca V0, koja je usmjerena duž normale na površinu na koju je ugrađen deformabilni element;
trenutno vrijeme t;
tjelesna težina t;
ubrzanje slobodnog pada g;
modul elastičnosti materijala E, budući da se stanje naprezanja tijela pri udaru (s izuzetkom kontaktne zone) smatra elastičnim;
karakterističan geometrijski parametar tijela (ili deformabilnog elementa) D.

U skladu s TS-teoremom, osam parametara, od kojih tri imaju neovisne dimenzije, može se koristiti za sastavljanje pet neovisnih bezdimenzijskih kompleksa:

Bezdimenzijski kompleksi sastavljeni od utvrđenih parametara udarnog procesa bit će neke funkcije neovisnih bezdimenzijskih kompleksa P1-P5.

Parametri koje treba odrediti uključuju:

trenutna lokalna deformacija a;
brzina tijela V;
kontaktna sila P;
napetost unutar tijela a.

Stoga možemo napisati funkcionalne relacije:

Vrsta funkcija /1, /2, /e, /4 može se ustanoviti eksperimentalno, uzimajući u obzir veliki broj definirajućih parametara.

Ako se pri udaru ne pojave zaostale deformacije u dijelovima tijela izvan kontaktne zone, tada će deformacija imati lokalni karakter, te se posljedično može isključiti kompleks R5 = pY^/E.

Kompleks Jl2 = Pttjjjax) ~ Cm naziva se koeficijent relativne tjelesne mase.

Koeficijent otpora sile na plastičnu deformaciju Cp izravno je povezan s indeksom karakteristike sile N (koeficijent podložnosti materijala, ovisno o obliku sudarajućih tijela) sljedećom ovisnošću:

gdje je p smanjena gustoća materijala u kontaktnoj zoni; Cm = m/(pa?) je smanjena relativna masa sudarajućih tijela, koja karakterizira omjer njihove smanjene mase M prema smanjenoj masi deformabilnog volumena u zoni kontakta; xV je bezdimenzionalni parametar koji karakterizira relativni rad deformacije.

Funkcija Cp - /z (R1 (Rr, R3, R4) može se koristiti za određivanje preopterećenja:

Ako osiguramo jednakost brojčanih vrijednosti bezdimenzijskih kompleksa IJlt R2, R3, R4 za dva udarna procesa, tada će ovi uvjeti, t.j.

bit će kriteriji za sličnost ovih procesa.

Kada su ovi uvjeti ispunjeni, numeričke vrijednosti funkcija /b/g./z» L» me- također će biti iste u sličnim trenucima vremena -V CtZoimax-const; ^r= const; Cp = const, što omogućuje određivanje parametara jednog procesa utjecaja jednostavnim ponovnim izračunavanjem parametara drugog procesa. Nužni i dovoljni zahtjevi za fizičko modeliranje udarnih procesa mogu se formulirati na sljedeći način:

Radni dijelovi modela i prirodnog objekta moraju biti geometrijski slični.
Bezdimenzijski kompleksi, sastavljeni od definirajućih parametara, moraju zadovoljiti uvjet (2.68). Uvođenje faktora skaliranja.

Mora se imati na umu da će pri modeliranju samo parametara procesa udarca naponska stanja tijela (prirodna i modelna) nužno biti različita.

Mehanizam udara. U mehanici apsolutno krutog tijela, udar se smatra procesom nalik skoku, čije je trajanje beskonačno malo. Tijekom udara, na mjestu dodira sudarajućih tijela, nastaju velike, ali trenutne sile, koje dovode do konačne promjene količine gibanja. U stvarnim sustavima konačne sile uvijek djeluju tijekom konačnog vremenskog intervala, a sudar dvaju gibljivih tijela povezan je s njihovom deformacijom u blizini točke dodira i širenjem tlačnog vala unutar tih tijela. Trajanje udara ovisi o mnogim fizičkim čimbenicima: elastičnim karakteristikama materijala sudarajućih tijela, njihovom obliku i veličini, relativnoj brzini približavanja itd.

Promjena ubrzanja s vremenom obično se naziva impuls ubrzanja ili udarni impuls, a zakon promjene ubrzanja s vremenom naziva se oblikom udarnog impulsa. Glavni parametri udarnog impulsa uključuju vršno udarno ubrzanje (preopterećenje), trajanje udarnog ubrzanja i oblik impulsa.

Postoje tri glavne vrste odgovora proizvoda na udarna opterećenja:

* balistički (kvaziprigušni) način uzbude (period prirodnih oscilacija EI je veći od trajanja impulsa uzbude);

* kvazirezonantni način uzbude (period prirodnih oscilacija EI približno je jednak trajanju impulsa uzbude);

* statički način uzbude (period prirodnih oscilacija EI manji je od trajanja pobudnog impulsa).

U balističkom načinu rada, maksimalna vrijednost EM ubrzanja uvijek je manja od vršnog ubrzanja udarnog impulsa. Kvazirezonantni Kvazirezonantni način uzbude je najrigidniji u smislu veličine pobuđenih ubrzanja (m je više od 1). U statičkom načinu pobude, odgovor ED-a u potpunosti ponavlja djelujući impuls (m=1), rezultati ispitivanja ne ovise o obliku i trajanju impulsa. Testovi u statičkom području su ekvivalentni testovima za učinke linearnog ubrzanja, budući da može se promatrati kao potez beskonačnog trajanja.

Testovi pada provode se u kvazirezonantnom načinu pobuđivanja. Čvrstoća udara se ocjenjuje integritetom dizajna elektrane (bez pukotina, strugotina).

Ispitivanja na udar provode se nakon ispitivanja na udar pod električnim opterećenjem kako bi se provjerila sposobnost ED-a da obavlja svoje funkcije u uvjetima mehaničkog udara.

Osim mehaničkih udarnih postolja, koriste se elektrodinamički i pneumatski udarni stalci. U elektrodinamičkim sastojinama kroz uzbudnu zavojnicu pomičnog sustava prolazi strujni impuls čija amplituda i trajanje određuju parametri udarnog impulsa. Na pneumatskim stalcima, udarno ubrzanje se postiže kada se stol sudari s projektilom ispaljenim iz zračnog pištolja.

Karakteristike udarnih postolja uvelike variraju: nosivost, nosivost - od 1 do 500 kg, broj otkucaja u minuti (podesivo) - od 5 do 120, maksimalno ubrzanje - od 200 do 6000 g, trajanje udaraca - od 0,4 do 40 ms