Ujian kesan. Fenomena impak Anjakan mata apabila hentaman

Percubaan untuk menganalisis risiko kecederaan akibat pukulan di kepala dengan penumbuk kosong, berbanding pukulan dengan sarung tangan tinju.

Teori impak.

Dalam mekanik, impak adalah interaksi jangka pendek badan, akibatnya kelajuannya berubah. Daya hentaman bergantung, mengikut undang-undang Newton, pada jisim berkesan jasad pukulan dan pecutannya:

nasi. 1 Keluk pembangunan daya impak dari semasa ke semasa

F = m*a (1),

di mana
F - kekuatan,
m - jisim,
a – pecutan.

Jika kita mempertimbangkan kesan dalam masa, maka interaksi berlangsung dalam masa yang sangat singkat - daripada sepuluh ribu (kesan kuasi-anjal serta-merta) hingga sepersepuluh saat (kesan tak anjal). Daya hentaman pada permulaan hentaman dengan cepat meningkat kepada nilai tertingginya dan kemudian turun kepada sifar (Rajah 1). Nilai maksimumnya boleh menjadi sangat besar. Walau bagaimanapun, ukuran utama interaksi kejutan bukanlah daya, tetapi impuls kejutan, secara berangka sama dengan kawasan di bawah lengkung F(t). Ia boleh dikira sebagai integral:

(2)

di mana
S - impuls kejutan,
t1 dan t2 – masa mula dan tamat kesan,
F(t) – pergantungan daya hentaman F pada masa t.

Memandangkan proses perlanggaran berlangsung dalam masa yang sangat singkat, dalam kes kami, ia boleh dianggap sebagai perubahan serta-merta dalam halaju badan yang berlanggar.

Semasa proses impak, seperti dalam mana-mana fenomena semula jadi, undang-undang pemuliharaan tenaga mesti dipatuhi. Oleh itu, adalah wajar untuk menulis persamaan berikut:

E1 + E2 = E’1 + E’2 + E1p + E2p (3)

di mana
E1 dan E2 – tenaga kinetik jasad pertama dan kedua sebelum hentaman,
E’1 dan E’2 – tenaga kinetik selepas hentaman,
E1п dan E2п – kehilangan tenaga apabila hentaman pada badan pertama dan kedua e.

Hubungan antara tenaga kinetik selepas hentaman dan kehilangan tenaga adalah salah satu masalah utama teori impak.

Urutan fenomena mekanikal apabila hentaman adalah sedemikian rupa sehingga jasad mula-mula mengalami ubah bentuk, di mana tenaga kinetik gerakan ditukar kepada tenaga potensi ubah bentuk anjal. Tenaga potensi kemudian bertukar kembali kepada tenaga kinetik. Bergantung pada bahagian mana tenaga berpotensi bertukar menjadi tenaga kinetik dan bahagian mana yang hilang, hilang akibat pemanasan dan ubah bentuk, tiga jenis impak dibezakan:

1. Kesan elastik sepenuhnya– semua tenaga mekanikal dipelihara. Ini adalah model impak yang ideal, walau bagaimanapun, dalam beberapa kes, contohnya dalam kes hentaman bola biliard, corak hentaman adalah hampir kepada kesan anjal mutlak.
2. Kesan tidak anjal sama sekali– tenaga ubah bentuk ditukar sepenuhnya kepada haba. Contoh: mendarat dalam lompatan dan turun, memukul bola plastisin ke dinding, dsb. Dengan hentaman tidak kenyal mutlak, halaju jasad yang berinteraksi selepas hentaman adalah sama (badan melekat bersama).
3. Kesan separa tidak anjal- sebahagian daripada tenaga ubah bentuk anjal bertukar menjadi tenaga kinetik pergerakan.

Pada hakikatnya, semua impak adalah sama ada tidak anjal sepenuhnya atau sebahagiannya. Newton mencadangkan untuk mencirikan kesan tak anjal dengan apa yang dipanggil pekali pengembalian. Ia sama dengan nisbah halaju badan yang berinteraksi selepas dan sebelum hentaman. Lebih kecil pekali ini, lebih banyak tenaga dibelanjakan untuk komponen bukan kinetik E1п dan E2п (pemanasan, ubah bentuk). Secara teorinya, pekali ini tidak boleh diperolehi; ia ditentukan secara eksperimen dan boleh dikira menggunakan formula berikut:

di mana
v1, v2 – halaju badan sebelum hentaman,
v'1, v'2 - selepas kesan.

Pada k = 0 hentaman akan menjadi tidak kenyal mutlak, dan pada k = 1 ia akan menjadi kenyal mutlak. Pekali pemulihan bergantung pada sifat keanjalan badan berlanggar. Sebagai contoh, ia akan berbeza apabila bola tenis mengenai tanah dan raket yang berbeza dari jenis dan kualiti yang berbeza. Pekali pemulihan bukan sekadar ciri bahan, kerana ia juga bergantung pada kelajuan interaksi impak - ia berkurangan dengan peningkatan kelajuan. Buku rujukan menyediakan nilai pekali pemulihan untuk sesetengah bahan untuk kelajuan impak kurang daripada 3 m/s.

Biomekanik tindakan menarik

Kesan dalam biomekanik ialah tindakan yang keputusannya dicapai melalui kesan mekanikal. Tindakan impak dibezakan:

1. Hayun- pergerakan yang mendahului pergerakan hentaman dan membawa kepada peningkatan jarak antara elemen hentaman badan dan objek yang dipukul. Fasa ini adalah yang paling berubah-ubah.
2. Pergerakan kesan– dari penghujung hayunan hingga permulaan hentakan.
3. Interaksi kesan (atau kesan itu sendiri)– perlanggaran mayat yang terjejas.
4. Pergerakan selepas kejutan– pergerakan bahagian badan yang menarik selepas pemberhentian sentuhan dengan objek yang dipukul.

Dengan hentaman mekanikal, kelajuan badan (contohnya, bola) selepas hentakan adalah lebih tinggi, lebih besar kelajuan pautan pukulan sejurus sebelum hentaman. Apabila memukul dalam sukan, pergantungan sedemikian tidak diperlukan. Sebagai contoh, apabila melakukan servis dalam tenis, peningkatan dalam kelajuan pergerakan raket boleh menyebabkan penurunan dalam kelajuan bola, kerana jisim hentaman semasa pukulan yang dilakukan oleh seorang atlet tidak tetap: ia bergantung kepada koordinasi pergerakannya. Jika, sebagai contoh, anda melakukan pukulan dengan membengkokkan pergelangan tangan atau dengan tangan yang santai, maka hanya jisim raket dan tangan yang akan berinteraksi dengan bola. Jika, pada masa hentaman, pautan pukulan diamankan oleh aktiviti otot antagonis dan mewakili, seolah-olah, satu badan pepejal tunggal, maka jisim keseluruhan pautan ini akan mengambil bahagian dalam interaksi hentaman.

Kadangkala seorang atlet melakukan dua pukulan pada kelajuan yang sama, tetapi kelajuan bola atau daya hentakan adalah berbeza. Ini disebabkan oleh fakta bahawa jisim impak tidak sama. Magnitud jisim hentaman boleh digunakan sebagai kriteria untuk keberkesanan teknik pukulan. Memandangkan agak sukar untuk mengira jisim hentaman, keberkesanan interaksi hentaman dinilai sebagai nisbah halaju peluru selepas hentaman dan kelajuan hentam sebelum hentaman. Penunjuk ini berbeza dalam pelbagai jenis kesan. Sebagai contoh, dalam bola sepak ia berbeza dari 1.20 hingga 1.65. Ia juga bergantung kepada berat badan atlet.

Sesetengah atlet yang mempunyai pukulan yang sangat kuat (dalam tinju, bola tampar, bola sepak, dll.) tidak mempunyai kekuatan otot yang hebat. Tetapi mereka dapat memberikan kelajuan tinggi kepada segmen yang menarik dan, pada saat impak, berinteraksi dengan badan yang dilanggar dengan jisim impak yang besar.

Banyak aksi sukan yang menarik tidak boleh dianggap sebagai mogok "tulen", yang asas teorinya digariskan di atas. Teori impak dalam mekanik mengandaikan bahawa hentaman berlaku dengan cepat dan daya hentaman adalah sangat besar sehingga semua daya lain boleh diabaikan. Dalam banyak aktiviti menarik dalam sukan, andaian ini tidak wajar. Walaupun masa impak di dalamnya adalah singkat, ia masih tidak boleh diabaikan; laluan interaksi hentaman di mana badan berlanggar bergerak bersama semasa hentaman boleh mencapai 20-30 cm.

Oleh itu, dalam aksi pukulan sukan, pada dasarnya, adalah mungkin untuk menukar jumlah gerakan semasa perlanggaran disebabkan oleh tindakan daya yang tidak dikaitkan dengan mogok itu sendiri. Jika pautan hentaman dipercepatkan lagi semasa hentaman disebabkan oleh aktiviti otot, impuls hentaman dan, dengan itu, kelajuan pelepasan peluru meningkat; jika ia diperlahankan secara sukarela, impuls hentaman dan kelajuan berlepas dikurangkan (ini perlu untuk pukulan pendek yang tepat, contohnya, apabila menghantar bola kepada rakan kongsi). Beberapa pergerakan yang menarik, di mana peningkatan tambahan dalam jumlah pergerakan semasa hentaman adalah sangat besar, secara amnya adalah sesuatu antara membaling dan memukul (beginilah cara hantaran kedua kadangkala dilakukan dalam bola tampar).

Penyelarasan pergerakan semasa impak yang paling kuat tertakluk kepada dua keperluan:

1. komunikasi kelajuan tertinggi ke pautan yang menarik pada saat bersentuhan dengan badan yang dilanggar. Fasa pergerakan ini menggunakan kaedah peningkatan kelajuan yang sama seperti tindakan bergerak lain;
2. peningkatan jisim hentaman pada saat hentaman. Ini dicapai dengan "memperbaiki" pautan individu segmen yang menarik dengan melibatkan otot antagonis secara serentak dan meningkatkan jejari putaran. Sebagai contoh, dalam tinju dan karate, daya pukulan tangan kanan adalah lebih kurang dua kali ganda jika paksi putaran melepasi berhampiran sendi bahu kiri, berbanding pukulan di mana paksi putaran bertepatan dengan paksi membujur pusat badan.

Masa impak sangat singkat sehingga tidak dapat diperbetulkan lagi kesilapan yang dilakukan. Oleh itu, ketepatan pukulan amat dipastikan dengan tindakan yang betul semasa pergerakan hayunan dan pukulan. Sebagai contoh, dalam bola sepak, tempat di mana kaki penyokong diletakkan menentukan ketepatan sasaran kira-kira 60-80% untuk pemula.

Taktik pertandingan sukan selalunya memerlukan serangan yang tidak dijangka untuk musuh (“tersembunyi”). Ini dicapai dengan melakukan serangan tanpa persediaan (kadang-kadang tanpa hayunan), selepas pergerakan yang menipu (feints), dsb. Ciri-ciri biomekanik serangan berubah, kerana ia dilakukan dalam kes sedemikian biasanya disebabkan oleh tindakan hanya segmen distal. (hentak pergelangan tangan).

Distal – [cth. hujung, phalanx] (distalis) - hujung otot atau tulang anggota badan atau keseluruhan struktur (phalanx, otot) yang paling jauh dari badan.

Pukulan dengan atau tanpa sarung tangan tinju.

Baru-baru ini, perdebatan serius telah memuncak dalam beberapa kalangan sukan mengenai fakta bahawa tumbukan dengan sarung tangan tinju lebih traumatik untuk otak daripada tumbukan dengan tangan kosong. Mari cuba dapatkan jawapan kepada soalan ini menggunakan data penyelidikan yang tersedia dan undang-undang asas fizik.

Dari mana datangnya pemikiran seperti itu? Saya berani mengatakan itu terutamanya daripada pemerhatian proses memukul beg tebukan. Penyelidikan telah dijalankan di mana Smith dan Hemil, dalam kerja mereka yang diterbitkan pada tahun 1986, mengukur kelajuan penumbuk seorang atlet dan kelajuan beg tebukan. Tegasnya, risiko gegaran ditentukan oleh magnitud pecutan kepala, bukan kelajuan. Walau bagaimanapun, berdasarkan kelajuan beg yang dilaporkan, seseorang hanya boleh menilai secara tidak langsung magnitud pecutan, kerana adalah diandaikan bahawa kelajuan ini telah dibangunkan dalam tempoh masa impak yang singkat.

Beg itu dipukul dalam tiga cara berbeza: dengan penumbuk kosong, dengan sarung tangan karate, dan dengan sarung tangan tinju. Sesungguhnya, kelajuan beg apabila dipukul dengan sarung tangan adalah lebih kurang 15% lebih tinggi daripada dipukul dengan penumbuk. Mari kita pertimbangkan latar belakang fizikal kajian. Seperti yang dinyatakan di atas, semua hentaman adalah sebahagiannya tidak anjal dan sebahagian daripada tenaga pautan hentaman dibelanjakan untuk ubah bentuk sisa peluru, selebihnya tenaga dibelanjakan untuk menyampaikan tenaga kinetik kepada peluru. Bahagian tenaga ini dicirikan oleh pekali pemulihan.

Marilah kita segera membuat tempahan untuk lebih jelas bahawa apabila mempertimbangkan tenaga ubah bentuk dan tenaga gerakan translasi, tenaga ubah bentuk yang besar memainkan peranan positif, kerana Terdapat kurang tenaga yang tersedia untuk gerakan ke hadapan. Dalam kes ini, kita bercakap tentang ubah bentuk elastik yang tidak menimbulkan ancaman kepada kesihatan, manakala tenaga gerakan translasi secara langsung berkaitan dengan pecutan dan berbahaya kepada otak.

Mari kita hitung pekali pemulihan beg tebukan berdasarkan data yang diperoleh oleh Smith dan Hemil. Berat beg itu ialah 33 kg. Keputusan eksperimen menunjukkan sedikit perbezaan dalam kelajuan penumbuk untuk jenis sarung tangan yang berbeza (penumbuk kosong: 11.03 ± 1.96 m/s, sarung tangan karate: 11.89 ± 2.10 m/s, sarung tangan tinju: 11.57 ± 3.43 m/s). Purata kelajuan penumbuk ialah 11.5 m/s. Perbezaan dalam momentum beg didapati untuk jenis sarung tangan yang berbeza. Pukulan dengan sarung tangan tinju menyebabkan impuls beg yang lebih besar (53.73 ± 15.35 N s) daripada pukulan dengan penumbuk kosong (46.4 ± 17.40 N s) atau dengan sarung tangan karateka (42.0 ± 18.7 N s), yang mempunyai hampir nilai yang sama. Untuk menentukan kelajuan beg daripada momentumnya, anda perlu membahagikan momentum beg dengan jisimnya:

v = p/m (5)

di mana
v – kelajuan beg,
p – impuls beg,
m ialah jisim beg itu.

Menggunakan formula untuk mengira pekali pengembalian (4) dan mengandaikan bahawa kelajuan penumbuk selepas hentaman adalah sifar, kita memperoleh nilai untuk pukulan dengan penumbuk kosong kira-kira 0.12, i.e. k = 12%. Untuk kes pukulan dengan sarung tangan tinju, k = 14%. Ini disahkan oleh pengalaman hidup kami - pukulan pada beg tebukan hampir tidak anjal sepenuhnya dan hampir semua tenaga pukulan dibelanjakan untuk ubah bentuknya.

Perlu diingatkan secara berasingan bahawa kelajuan tertinggi adalah dengan penumbuk dalam sarung tangan karate. Dorongan beg apabila terkena sarung tangan karate adalah yang paling kecil. Prestasi serangan penumbuk kosong dalam kajian ini adalah sederhana. Ini dapat dijelaskan oleh fakta bahawa para atlet takut merosakkan tangan mereka dan secara refleks mengurangkan kelajuan dan kekuatan pukulan. Apabila dipukul dengan sarung tangan karate, ketakutan seperti itu tidak timbul.

Apa yang berlaku jika anda terkena di kepala? Mari kita beralih kepada satu lagi kajian oleh Valilko, Viano dan Beer dari tahun 2005, yang meneliti pukulan tinju dengan sarung tangan pada dummy yang direka khas (Gamb. 2). Dalam kerja ini, semua parameter impak dan kesan impak pada kepala dan leher peragawati telah dikaji secara terperinci. Leher peragawati adalah spring logam anjal, jadi model ini boleh dianggap sebagai model peninju yang bersedia untuk menyerang dengan otot leher yang tegang. Mari gunakan data mengenai pergerakan translasi kepala dummy dan hitung pekali pemulihan (k) untuk pukulan terus ke kepala.

nasi. 2 Kajian oleh Valilko, Viano dan Beer - peninju menumbuk boneka.

Purata halaju tangan sebelum hentaman ialah 9.14 m/s, dan purata halaju kepala selepas hentaman ialah 2.97 m/s. Oleh itu, mengikut formula yang sama (4), pekali pemulihan k = 32%. Ini bermakna 32% daripada tenaga masuk ke dalam pergerakan kinetik kepala, dan 68% pergi ke ubah bentuk leher dan sarung tangan. Bercakap tentang tenaga ubah bentuk leher, kita tidak bercakap tentang ubah bentuk geometri (kelengkungan) tulang belakang serviks, tetapi mengenai tenaga yang otot leher (dalam kes ini, musim bunga) dibelanjakan untuk memastikan kepala tidak bergerak. Sebenarnya, ini adalah tenaga penentangan terhadap kesan. Tidak boleh timbul persoalan ubah bentuk muka peragawati, serta tengkorak muka manusia. Tulang manusia adalah bahan yang sangat kuat. Dalam jadual Jadual 1 menunjukkan pekali keanjalan (modulus Young) bagi beberapa bahan. Semakin tinggi pekali ini, semakin keras bahan tersebut. Jadual menunjukkan bahawa dari segi ketegaran, tulang adalah sedikit lebih rendah daripada konkrit.

Jadual 1. Pekali keanjalan (Moduli Young) bagi bahan yang berbeza.

Apakah pekali pemulihan untuk pukulan ke kepala dengan penumbuk kosong? Tiada kajian mengenai perkara ini. Tetapi mari kita cuba untuk menganggarkan akibat yang mungkin. Apabila memukul dengan penumbuk, dan juga apabila memukul dengan sarung tangan, kebanyakan tenaga akan diambil oleh otot-otot leher, dengan syarat, sudah tentu, mereka tegang. Dalam kerja Valilko, Viano dan Beer, adalah mustahil untuk memisahkan tenaga ubah bentuk sarung tangan daripada tenaga ubah bentuk leher peragawati, tetapi boleh diandaikan bahawa bahagian terbesar daripada jumlah tenaga ubah bentuk masuk ke ubah bentuk leher. Oleh itu, kita boleh mengandaikan bahawa apabila menyerang dengan penumbuk kosong, perbezaan dalam kadar pemulihan tidak akan melebihi 2-5% berbanding dengan mogok dengan sarung tangan, seperti yang berlaku dalam karya Smith dan Hamil, di mana perbezaannya adalah. 2%. Jelas sekali, perbezaan 2% adalah tidak ketara.

Pengiraan di atas dibuat berdasarkan data mengenai pecutan linear kepala selepas hentaman. Tetapi di sebalik kerumitan relatif mereka, mereka sangat jauh daripada meramalkan kesan traumatik kesan. Ahli fizik Inggeris Holborn, bekerja dengan model gel otak pada tahun 1943, adalah salah seorang yang pertama mengemukakan pecutan putaran kepala sebagai parameter utama kecederaan otak. Hasil kerja Ommai et al menyatakan bahawa pecutan putaran 4500 rad/s2 mengakibatkan gegaran dan kecederaan akson yang teruk. Karya terdahulu oleh pengarang yang sama menyatakan bahawa pecutan putaran melebihi 1800 rad/s2 mencipta peluang 50% untuk gegaran. Artikel oleh Valilko, Viano dan Beer menunjukkan parameter 18 serangan berbeza. Jika kita mengambil peninju yang sama dan pukulannya dengan kelajuan tangan 9.5 m/s dan pukulan dengan kelajuan 6.7 m/s, maka dalam kes pertama pekali pemulihan ialah 32%, dan pada yang kedua ia sudah 49 %. Mengikut semua pengiraan kami, ternyata pukulan kedua lebih traumatik: pekali pemulihan yang lebih tinggi (lebih banyak tenaga masuk ke dalam pergerakan kepala ke hadapan), jisim berkesan yang lebih besar (2.1 kg dan 4.4 kg), lebih besar sedikit. pecutan kepala (67 g dan 68 g ). Walau bagaimanapun, jika kita membandingkan pecutan putaran kepala yang dihasilkan oleh kedua-dua hentaman ini, kita melihat bahawa kesan pertama adalah lebih traumatik (masing-masing 7723 rad/s2 dan 5209 rad/s2). Selain itu, perbezaan nombor agak ketara. Fakta ini menunjukkan bahawa kesan traumatik kesan bergantung kepada sejumlah besar pembolehubah dan seseorang tidak boleh dipandu oleh impuls p = mv sahaja apabila menilai keberkesanan kesan. Lokasi hentaman juga memainkan peranan yang besar di sini, sehingga menyebabkan pusingan kepala yang paling besar. Sehubungan dengan data di atas, ternyata faktor sarung tangan tinju dalam kecederaan otak dan gegaran otak tidak memainkan peranan utama.

Untuk meringkaskan artikel kami, kami perhatikan perkara berikut. Faktor-faktor yang mempengaruhi kecederaan otak apabila dipukul dengan dan tanpa sarung tangan tinju tidak berbeza dengan ketara dan boleh berubah dalam satu arah atau yang lain bergantung pada peninju dan jenis pukulan. Faktor yang lebih penting yang mempengaruhi gegaran terletak di luar pesawat yang sedang dipertimbangkan, seperti jenis dan lokasi pukulan ke kepala, yang menentukan momen putarannya.

Pada masa yang sama, kita tidak boleh lupa bahawa sarung tangan tinju dicipta terutamanya untuk melindungi tisu lembut muka. Serangan tanpa sarung tangan membawa kepada kerosakan pada tulang, sendi dan tisu lembut kedua-dua penyerang dan atlet yang diserang. Yang paling biasa dan menyakitkan daripada ini ialah kecederaan yang dipanggil "Boxer's Knuckle."

Buku jari Boxer adalah istilah perubatan sukan terkenal yang digunakan untuk menggambarkan kecederaan tangan - kerosakan pada kapsul sendi sendi metacarpophalangeal (biasanya II atau III), iaitu gentian yang menyokong tendon digitorum extensor.

Bahaya untuk dijangkiti pelbagai jangkitan, termasuk hepatitis C atau virus HIV, dan pelbagai akibat lain yang tidak menyenangkan, termasuk penampilan yang tidak menarik, dalam setiap cara yang mungkin menolak tesis bahawa berjuang dengan tangan kosong adalah lebih selamat untuk kesihatan.

Rujukan:

1. Lamash B.E. Kuliah mengenai biomekanik. https://www.dvgu.ru/meteo/book/BioMechan.htm
2. Smith PK, Hamill J. Kesan jenis sarung tangan tebukan dan tahap kemahiran ke atas pemindahan momentum. 1986, J. Hum. Pergerakan Stud. jld.12, hlm. 153-161.
3. Walilko T.J., Viano D.C. dan Bir C.A. Biomekanik kepala untuk pukulan peninju Olimpik ke muka. 2005, Br J Sports Med. jld.39, hlm.710-719
4. Holbourn A.H.S. Mekanik kecederaan kepala. 1943, Lancet. jld.2, hlm.438-441.
5. Ommaya A.K., Goldsmith W., Thibault L. Biomekanik dan neuropatologi kecederaan kepala dewasa dan kanak-kanak. 2002, Br J Neurosurg. jld.16, no.3, hlm.220–242.

6.sportmedicine.ru

Dalam mekanik, impak ialah tindakan mekanikal badan material, yang membawa kepada perubahan terhingga dalam kelajuan titik mereka dalam tempoh masa yang sangat kecil. Pergerakan impak ialah gerakan yang berlaku hasil daripada satu interaksi badan (sederhana) dengan sistem yang sedang dipertimbangkan, dengan syarat tempoh ayunan semula jadi sistem yang paling singkat atau pemalar masanya adalah sepadan dengan atau lebih besar daripada masa interaksi. .

Semasa interaksi hentaman, pecutan kejutan, kelajuan atau anjakan ditentukan pada titik yang sedang dipertimbangkan. Secara kolektif, impak dan tindak balas tersebut dipanggil proses impak. Kejutan mekanikal boleh menjadi tunggal, berbilang atau kompleks. Proses impak tunggal dan berbilang boleh menjejaskan radas dalam arah membujur, melintang dan mana-mana arah perantaraan. Beban hentakan kompleks memberi kesan kepada objek dalam dua atau tiga satah saling berserenjang serentak. Beban kejutan pada pesawat boleh sama ada tidak berkala atau berkala. Kejadian beban kejutan dikaitkan dengan perubahan mendadak dalam pecutan, kelajuan atau arah pergerakan pesawat. Selalunya, dalam keadaan sebenar, proses kejutan tunggal yang kompleks berlaku, yang merupakan gabungan nadi kejutan mudah dengan ayunan bertindih.

Ciri-ciri utama proses impak:

• undang-undang perubahan dalam masa pecutan hentaman a(t), kelajuan V(t) dan sesaran X(t) \ tempoh pecutan hentaman t - selang masa dari saat kemunculan hingga saat kehilangan pecutan kejutan, memuaskan keadaan a> an, di mana an - pecutan hentaman puncak;
• tempoh hadapan pecutan hentakan Tf - selang masa dari saat kemunculan pecutan kejutan kepada momen yang sepadan dengan nilai puncaknya;
• pekali ayunan bertindih pecutan kejutan - nisbah jumlah jumlah nilai mutlak kenaikan antara nilai pecutan kejutan bersebelahan dan melampau kepada nilai puncak dua kali ganda;
• impuls pecutan hentaman - kamiran pecutan hentaman dalam satu masa bersamaan dengan tempoh tindakannya.

Mengikut bentuk lengkung pergantungan fungsi parameter pergerakan, proses kejutan dibahagikan kepada mudah dan kompleks. Proses mudah tidak mengandungi komponen frekuensi tinggi, dan ciri-cirinya dianggarkan oleh fungsi analisis mudah. Nama fungsi ditentukan oleh bentuk lengkung yang menghampiri pergantungan pecutan pada masa (separuh sinus, kosaneusoidal, segi empat tepat, segi tiga, gigi gergaji, trapezoid, dll.).

Kejutan mekanikal dicirikan oleh pelepasan tenaga yang cepat, mengakibatkan ubah bentuk anjal atau plastik tempatan, pengujaan gelombang tekanan dan kesan lain, kadangkala membawa kepada pincang tugas dan kemusnahan struktur pesawat. Beban hentakan yang dikenakan pada pesawat merangsang getaran semula jadi yang cepat meredam di dalamnya. Nilai beban lampau semasa hentaman, sifat dan kelajuan pengagihan tegasan di seluruh struktur pesawat ditentukan oleh daya dan tempoh hentaman, dan sifat perubahan dalam pecutan. Kesan yang menjejaskan pesawat boleh menyebabkan kemusnahan mekanikalnya. Bergantung pada tempoh, kerumitan proses hentaman dan pecutan maksimumnya semasa ujian, tahap ketegaran elemen struktur pesawat ditentukan. Pukulan mudah boleh menyebabkan kemusnahan kerana berlakunya tekanan berlebihan yang kuat, walaupun jangka pendek, dalam bahan. Kesan yang kompleks boleh membawa kepada pengumpulan mikrostrain keletihan. Oleh kerana struktur pesawat mempunyai sifat resonans, walaupun pukulan mudah boleh menyebabkan tindak balas berayun dalam unsur-unsurnya, juga disertai dengan fenomena keletihan.

Beban mekanikal menyebabkan ubah bentuk dan pecah bahagian, kelonggaran sambungan (dikimpal, berulir dan rivet), membuka skru dan nat, pergerakan mekanisme dan kawalan, akibatnya pelarasan dan konfigurasi peranti berubah dan kerosakan lain muncul.

Perjuangan menentang kesan berbahaya beban mekanikal dilakukan dalam pelbagai cara: meningkatkan kekuatan struktur, menggunakan bahagian dan elemen dengan kekuatan mekanikal yang meningkat, menggunakan penyerap hentakan dan pembungkusan khas, dan penempatan peranti yang rasional. Langkah-langkah untuk melindungi daripada kesan berbahaya daripada beban mekanikal terbahagi kepada dua kumpulan:

1. langkah-langkah yang bertujuan untuk memastikan kekuatan mekanikal dan ketegaran struktur yang diperlukan;
2. langkah-langkah yang bertujuan untuk mengasingkan elemen struktur daripada pengaruh mekanikal.

Dalam kes kedua, pelbagai agen penyerap kejutan, gasket penebat, pemampas dan peredam digunakan.

Objektif umum menguji pesawat untuk beban impak adalah untuk memeriksa keupayaan pesawat dan semua elemennya untuk melaksanakan fungsinya semasa dan selepas hentaman, i.e. mengekalkan parameter teknikalnya semasa impak dan selepasnya dalam had yang dinyatakan dalam dokumen kawal selia dan teknikal.

Keperluan utama untuk ujian impak dalam keadaan makmal ialah kehampiran maksimum hasil kesan ujian pada objek dengan kesan kesan sebenar di bawah keadaan operasi semula jadi dan kebolehulangan kesan.

Apabila menghasilkan semula mod pemuatan kejutan dalam keadaan makmal, sekatan dikenakan pada bentuk nadi pecutan serta-merta sebagai fungsi masa (Rajah 2.50), serta pada had yang dibenarkan bagi sisihan bentuk nadi. Hampir setiap nadi kejutan pada bangku makmal disertai dengan denyutan, yang merupakan akibat daripada fenomena resonans dalam pemasangan kejutan dan peralatan tambahan. Oleh kerana spektrum nadi kejutan adalah terutamanya ciri kesan merosakkan kesan, walaupun denyutan kecil yang ditindih boleh membuat keputusan pengukuran tidak boleh dipercayai.

Kemudahan ujian yang menyerupai impak individu diikuti oleh getaran membentuk kelas khas peralatan ujian mekanikal. Dirian impak boleh dikelaskan mengikut pelbagai kriteria (Rajah 2.5!):

I - berdasarkan prinsip pembentukan nadi kejutan;

II - dengan sifat ujian;

III - mengikut jenis pemuatan kejutan yang boleh dihasilkan;

IV - mengikut prinsip tindakan;

V - oleh sumber tenaga.

Secara umum, rajah bangku ujian kejutan terdiri daripada unsur-unsur berikut (Rajah 2.52): objek ujian yang dipasang pada platform atau bekas bersama-sama dengan sensor beban lebih kejutan; pecutan bermakna untuk menyampaikan kelajuan yang diperlukan kepada objek; peranti brek; sistem kawalan; peralatan rakaman untuk merakam parameter objek yang dikaji dan undang-undang perubahan beban kejutan; penukar utama; peranti tambahan untuk melaraskan mod operasi objek yang diuji; sumber kuasa yang diperlukan untuk pengendalian objek ujian dan peralatan rakaman.

Pendirian paling mudah untuk ujian impak dalam keadaan makmal ialah pendirian yang beroperasi pada prinsip menjatuhkan objek ujian yang dilekatkan pada gerabak dari ketinggian tertentu, i.e. menggunakan graviti untuk memecut. Dalam kes ini, bentuk nadi kejutan ditentukan oleh bahan dan bentuk permukaan yang berlanggar. Pada dirian sedemikian adalah mungkin untuk memberikan pecutan sehingga 80,000 m/s2. Dalam Rajah. 2.53, a dan b menunjukkan rajah asas yang mungkin bagi dirian tersebut.

Dalam pilihan pertama (Rajah 2.53, a) sesondol khas 3 dengan gigi ratcheting digerakkan oleh motor. Apabila sesondol mencapai ketinggian maksimum H, jadual 1 dengan objek ujian 2 jatuh ke peranti brek 4, yang memberikannya tamparan. Beban impak bergantung pada ketinggian kejatuhan H, ketegaran elemen brek k, jumlah jisim meja dan objek ujian M dan ditentukan oleh hubungan berikut:

Dengan mengubah nilai ini, anda boleh mendapatkan lebihan beban yang berbeza. Dalam pilihan kedua (Rajah 2.53, b) dirian beroperasi menggunakan kaedah jatuh.

Dirian ujian yang menggunakan pemacu hidraulik atau pneumatik untuk mempercepatkan gerabak boleh dikatakan bebas daripada graviti. Dalam Rajah. Rajah 2.54 menunjukkan dua pilihan untuk dirian hentaman pneumatik.

Prinsip pengendalian dirian dengan pistol udara (Rajah 2.54, a) adalah seperti berikut. Gas termampat dibekalkan ke ruang kerja /. Apabila tekanan tertentu dicapai, yang dikawal oleh tolok tekanan, peranti pelepas automatik 2 bekas 3, di mana objek ujian terletak, diaktifkan. Apabila meninggalkan laras 4 pistol udara, bekas itu menghubungi peranti 5, yang membolehkan anda mengukur kelajuan pergerakan bekas. Pistol udara dipasang pada tiang sokongan melalui penyerap hentak b. Undang-undang brek yang ditentukan pada penyerap hentak 7 dilaksanakan dengan menukar rintangan hidraulik bagi bendalir yang mengalir 9 dalam celah antara jarum berprofil khas 8 dan lubang pada penyerap hentak 7.

Gambar rajah reka bentuk bangku ujian kejutan pneumatik lain (Rajah 2.54, b) terdiri daripada objek ujian 1, gerabak 2 di mana objek ujian dipasang, gasket 3 dan peranti brek 4, injap 5 yang membolehkan penciptaan tekanan gas yang ditentukan jatuh pada omboh b, dan sistem bekalan gas 7. Peranti brek diaktifkan serta-merta selepas perlanggaran gerabak dan pengatur jarak untuk mengelakkan gerabak daripada terbalik dan memesongkan bentuk nadi kejutan. Pengurusan gerai tersebut boleh diautomasikan. Mereka boleh menghasilkan semula pelbagai beban kejutan.

Penyerap hentak getah, spring, dan, dalam beberapa kes, motor tak segerak linear boleh digunakan sebagai peranti pecutan.

Keupayaan hampir semua dirian hentaman ditentukan oleh reka bentuk peranti brek:

1. Kesan objek ujian dengan plat tegar dicirikan oleh brek kerana berlakunya daya kenyal dalam zon sentuhan. Kaedah membrek objek ujian ini membolehkan seseorang memperoleh nilai beban lampau yang besar dengan bahagian hadapan kecil peningkatannya (Rajah 2.55, a).

2. Untuk mendapatkan lebihan beban dalam julat yang luas, dari puluhan hingga puluhan ribu unit, dengan masa kenaikan dari puluhan mikrosaat kepada beberapa milisaat, unsur boleh ubah bentuk dalam bentuk plat atau spacer yang terletak pada tapak tegar digunakan. Bahan-bahan gasket ini boleh menjadi keluli, loyang, tembaga, plumbum, getah, dll. (Gamb. 2.55, b).

3. Untuk memastikan sebarang undang-undang khusus (ditentukan) perubahan dalam n dan m dalam julat kecil, elemen boleh ubah bentuk digunakan dalam bentuk hujung (crasher), yang dipasang di antara plat bangku impak dan objek ujian (Gamb. 2.55, c).

4. Untuk menghasilkan semula hentaman dengan jarak brek yang agak panjang, peranti brek digunakan, yang terdiri daripada plumbum, plat boleh ubah bentuk plastik yang terletak pada tapak pendirian tegar, dan hujung tegar profil sepadan yang tertanam ke dalamnya (Gamb. 2.55, d), dilekatkan pada objek atau platform pendirian . Peranti brek sebegini memungkinkan untuk mendapatkan lebihan beban dalam julat luas n(t) dengan masa naik yang singkat, mencecah puluhan milisaat.

5. Elemen elastik dalam bentuk spring (Rajah 2.55, d) yang dipasang pada bahagian yang bergerak pada dirian hentaman boleh digunakan sebagai alat brek. Brek jenis ini memberikan beban lebihan yang agak kecil berbentuk separuh sinusoidal dengan tempoh yang diukur dalam milisaat.

6. Plat logam boleh tebuk, dipasang di sepanjang kontur di dasar pemasangan, digabungkan dengan hujung platform atau bekas yang tegar, memastikan beban lampau yang agak rendah (Rajah 2.55, e).

7. Elemen boleh ubah bentuk yang dipasang pada platform boleh alih pendirian (Rajah 2.55, g), dalam kombinasi dengan penangkap kon tegar, memberikan beban lampau bertindak panjang dengan masa meningkat sehingga berpuluh-puluh milisaat.

8. Peranti brek dengan mesin basuh boleh ubah bentuk (Rajah 2.55, h) membolehkan anda memperoleh jarak brek yang besar untuk objek (sehingga 200 - 300 mm) dengan ubah bentuk kecil mesin basuh.

9. Mencipta denyutan kejutan yang kuat dengan bahagian hadapan yang besar dalam keadaan makmal adalah mungkin menggunakan peranti brek pneumatik (Rajah 2.55, s). Kelebihan peredam pneumatik termasuk tindakannya yang boleh diguna semula, serta keupayaan untuk menghasilkan semula denyutan kejutan dalam pelbagai bentuk, termasuk yang mempunyai bahagian hadapan tertentu yang ketara.

10. Dalam amalan menjalankan ujian impak, alat brek dalam bentuk penyerap hentak hidraulik telah digunakan secara meluas (lihat Rajah 2.54, a). Apabila objek ujian terkena penyerap hentak, rodnya direndam dalam cecair. Cecair ditolak keluar melalui titik rod mengikut undang-undang yang ditentukan oleh profil jarum kawalan. Dengan menukar profil jarum, adalah mungkin untuk melaksanakan pelbagai jenis undang-undang brek. Profil jarum boleh didapati dengan pengiraan, tetapi terlalu sukar untuk diambil kira, contohnya, kehadiran udara dalam rongga omboh, daya geseran dalam peranti pengedap, dll. Oleh itu, profil yang dikira mesti diperbetulkan secara eksperimen. Oleh itu, menggunakan kaedah pengiraan dan eksperimen, adalah mungkin untuk mendapatkan profil yang diperlukan untuk pelaksanaan mana-mana undang-undang brek.

Menjalankan ujian impak dalam keadaan makmal juga mengemukakan beberapa keperluan khas untuk pemasangan kemudahan. Sebagai contoh, pergerakan maksimum yang dibenarkan dalam arah melintang tidak boleh melebihi 30% daripada nilai nominal; kedua-duanya semasa menguji rintangan hentaman dan apabila menguji kekuatan hentaman, produk mesti boleh dipasang dalam tiga kedudukan saling berserenjang dengan pengeluaran semula bilangan denyutan kejutan yang diperlukan. Ciri-ciri sekali bagi peralatan pengukur dan rakaman mestilah sama pada julat frekuensi yang luas, yang menjamin pendaftaran nisbah yang betul bagi pelbagai komponen frekuensi bagi nadi yang diukur.

Disebabkan oleh kepelbagaian fungsi pemindahan sistem mekanikal yang berbeza, spektrum kejutan yang sama boleh dihasilkan oleh bentuk nadi kejutan yang berbeza. Ini bermakna tiada korespondensi satu dengan satu antara fungsi masa tertentu bagi pecutan dan spektrum kejutan. Oleh itu, dari sudut teknikal, adalah lebih tepat untuk menetapkan spesifikasi untuk ujian impak yang mengandungi keperluan untuk spektrum kejutan, dan bukannya untuk ciri masa pecutan. Ini terutamanya berkaitan dengan mekanisme kegagalan keletihan bahan akibat pengumpulan kitaran pemuatan, yang mungkin berbeza dari ujian ke ujian, walaupun nilai puncak pecutan dan tegasan akan kekal malar.

Apabila memodelkan proses impak, adalah dinasihatkan untuk menyusun sistem penentuan parameter berdasarkan faktor yang dikenal pasti yang diperlukan untuk penentuan nilai yang diingini yang cukup lengkap, yang kadangkala hanya boleh didapati secara eksperimen.

Memandangkan kesan badan tegar yang besar-besaran dan bergerak bebas pada elemen boleh ubah bentuk saiz yang agak kecil (contohnya, pada peranti brek pendirian) yang dipasang pada tapak tegar, adalah perlu untuk menentukan parameter proses hentaman dan tetapkan keadaan di mana proses tersebut akan serupa antara satu sama lain. Dalam kes umum pergerakan spatial jasad, enam persamaan boleh disusun, tiga daripadanya diberikan oleh undang-undang pengekalan momentum, dua oleh undang-undang pemuliharaan jisim dan tenaga, dan yang keenam ialah persamaan keadaan. Persamaan ini termasuk kuantiti berikut: tiga komponen halaju Vx Vy\Vz> ketumpatan p, Tekanan p dan entropi. Mengabaikan daya dissipative dan menganggap keadaan isipadu cacat sebagai isentropik, kita boleh mengecualikan entropi daripada bilangan parameter penentu. Oleh kerana hanya pergerakan pusat jisim badan dipertimbangkan, adalah mungkin untuk tidak memasukkan komponen halaju Vx, Vy antara parameter penentu; Vz dan koordinat titik L", Y, Z di dalam objek boleh ubah bentuk. Keadaan isipadu boleh ubah bentuk akan dicirikan oleh parameter penentu berikut:

• ketumpatan bahan p;
• tekanan p, yang lebih suai manfaat untuk diambil kira melalui nilai ubah bentuk tempatan maksimum dan Otmax, menganggapnya sebagai parameter umum ciri daya dalam zon sentuhan;
• halaju hentaman awal V0, yang diarahkan normal ke permukaan di mana elemen boleh ubah bentuk dipasang;
• masa semasa t;
• berat badan t;
• pecutan jatuh bebas g;
• modulus keanjalan bahan E, kerana keadaan tertekan badan apabila hentaman (kecuali zon sentuhan) dianggap elastik;
• parameter geometri ciri badan (atau unsur boleh ubah bentuk) D.

Selaras dengan teorem TS, daripada lapan parameter, di antaranya tiga mempunyai dimensi bebas, adalah mungkin untuk mengarang lima kompleks tanpa dimensi bebas:

Kompleks tanpa dimensi, terdiri daripada parameter yang ditentukan bagi proses impak, akan menjadi beberapa fungsi bebas bagi kompleks tanpa dimensi P1 - P5.

Parameter yang akan ditentukan termasuk:

• ubah bentuk tempatan semasa a;
• kelajuan badan V;
• daya sentuh P;
• ketegangan dalam badan a.

Oleh itu, kita boleh menulis hubungan berfungsi:

Jenis fungsi /1, /2, /e, /4 boleh diwujudkan secara eksperimen, dengan mengambil kira sejumlah besar parameter penentu.

Jika, semasa hentaman, ubah bentuk sisa tidak muncul di bahagian badan di luar zon sentuhan, maka ubah bentuk itu akan mempunyai ciri tempatan, dan, oleh itu, kompleks R5 = pY^/E boleh dikecualikan.

Kompleks Jl2 = Pttjjjax) ~ Cm dipanggil pekali jisim badan relatif.

Pekali rintangan kepada ubah bentuk plastik Cp secara langsung berkaitan dengan penunjuk ciri kekuatan N (pekali pematuhan bahan, bergantung pada bentuk badan berlanggar) oleh pergantungan berikut:

di mana p ialah ketumpatan bahan yang berkurangan dalam zon sentuhan; Cm = m/(ra?) ialah jisim relatif terkurang jasad berlanggar, mencirikan nisbah jisim terkurangnya M kepada jisim terkurang isi padu cacat dalam zon sentuhan; xV ialah parameter tanpa dimensi yang mencirikan kerja relatif ubah bentuk.

Fungsi Cp - /3(R1(R1, R3, R4) boleh digunakan untuk menentukan lebihan beban:

Jika kita memastikan kesamaan nilai berangka kompleks tanpa dimensi IJlt R2, R3, R4 untuk dua proses impak, maka syarat ini, i.e.

akan mewakili kriteria untuk persamaan proses ini.

Jika syarat yang ditentukan dipenuhi, nilai berangka fungsi /b/g./z» L» te- pada momen masa yang sama akan sama -V CtZoimax- const; ^r= const; Cp = const, yang membolehkan kita menentukan parameter satu proses impak dengan hanya mengira semula parameter proses lain. Keperluan yang diperlukan dan mencukupi untuk pemodelan fizikal proses impak boleh dirumuskan seperti berikut:

1. Bahagian kerja model dan objek berskala penuh mestilah serupa dari segi geometri.
2. Kompleks tanpa dimensi yang terdiri daripada parameter penentu mesti memenuhi syarat (2.68). Memperkenalkan faktor skala.

Perlu diingat bahawa apabila memodelkan hanya parameter proses impak, keadaan badan yang ditekankan (semula jadi dan model) semestinya berbeza.

Mekanisme kesan. Dalam mekanik badan yang benar-benar tegar, hentaman dianggap sebagai proses yang mendadak, tempohnya adalah sangat kecil. Semasa hentaman, daya yang besar tetapi bertindak serta-merta timbul pada titik sentuhan badan yang berlanggar, yang membawa kepada perubahan terakhir dalam jumlah pergerakan. Dalam sistem sebenar, daya terhingga sentiasa bertindak semasa selang masa terhingga, dan perlanggaran dua jasad bergerak dikaitkan dengan ubah bentuknya berhampiran titik sentuhan dan perambatan gelombang mampatan di dalam badan ini. Tempoh hentaman bergantung kepada banyak faktor fizikal: ciri-ciri keanjalan bahan badan berlanggar, bentuk dan saiznya, kelajuan relatif pendekatan, dsb.

Perubahan dalam pecutan dari semasa ke semasa biasanya dipanggil nadi pecutan kejutan atau impuls kejutan, dan undang-undang perubahan dalam pecutan dari semasa ke semasa dipanggil bentuk impuls kejutan. Parameter utama nadi kejutan termasuk pecutan kejutan puncak (lebihan), tempoh pecutan kejutan dan bentuk nadi.

Terdapat tiga jenis tindak balas utama produk terhadap beban kejutan:

* mod pengujaan balistik (kuasi-redam) (tempoh ayunan semula jadi peranti elektrik lebih lama daripada tempoh nadi pengujaan);

* mod pengujaan kuasi-resonans (tempoh ayunan semula jadi EM adalah lebih kurang sama dengan tempoh nadi pengujaan);

* mod pengujaan statik (tempoh ayunan semula jadi EC adalah kurang daripada tempoh nadi pengujaan).

Dalam mod balistik, nilai pecutan maksimum EM sentiasa kurang daripada pecutan puncak nadi kejutan hentaman. Kuasi-resonan Mod pengujaan kuasi-resonan adalah yang paling teruk dari segi magnitud pecutan teruja (m lebih daripada 1). Dalam mod pengujaan statik, tindak balas EC mengulangi sepenuhnya nadi yang digunakan (m=1), keputusan ujian tidak bergantung pada bentuk dan tempoh nadi. Ujian di kawasan statik adalah setara dengan ujian untuk kesan pecutan linear, kerana ia boleh dianggap sebagai tamparan jangka masa yang tidak terhingga.

Ujian impak dijalankan dalam mod pengujaan kuasi-resonan. Kekuatan impak dinilai oleh integriti struktur EC (ketiadaan retak, serpihan).

Ujian impak dijalankan selepas ujian impak di bawah beban elektrik untuk memeriksa keupayaan ECU melaksanakan fungsinya di bawah keadaan kejutan mekanikal.

Sebagai tambahan kepada dirian kejutan mekanikal, dirian kejutan elektrodinamik dan pneumatik digunakan. Dalam dirian elektrodinamik, nadi semasa disalurkan melalui gegelung pengujaan sistem bergerak, amplitud dan tempoh yang menentukan parameter nadi kejutan. Pada dirian pneumatik, pecutan kejutan diperoleh apabila meja berlanggar dengan peluru yang dilepaskan daripada pistol pneumatik.

Ciri-ciri pendirian kejutan berbeza-beza: kapasiti beban, kapasiti beban - dari 1 hingga 500 kg, bilangan pukulan seminit (boleh laras) - dari 5 hingga 120, pecutan maksimum - dari 200 hingga 6000 g, tempoh hentaman - dari 0.4 hingga 40 Cik.