Slagprøver. Påvirkningsfenomen Forskyvning av punkter ved støt

Et forsøk på å analysere skaderisikoen ved slag mot hodet med bar neve, sammenlignet med slag i boksehanske.

Effektteori.

Et slag i mekanikk er en kortsiktig interaksjon mellom kropper, som et resultat av at hastighetene deres endres. Slagkraften avhenger, i henhold til Newtons lov, av den effektive massen til det støtende legemet og dets akselerasjon:

Ris. 1 Kurve for utvikling av slagkraft i tid

F = m*a (1),

hvor
F - styrke,
m er massen,
a - akselerasjon.

Hvis vi vurderer påvirkningen i tid, så varer interaksjonen veldig kort tid - fra ti tusendeler (øyeblikkelige kvasi-elastiske påvirkninger) til tideler av et sekund (uelastiske påvirkninger). Anslagskraften ved begynnelsen av støtet øker raskt til sin maksimale verdi, og synker deretter til null (fig. 1). Dens maksimale verdi kan være veldig stor. Hovedmålet for sjokkinteraksjon er imidlertid ikke kraften, men sjokkimpulsen numerisk lik arealet under F(t)-kurven. Det kan beregnes som en integral:

(2)

hvor
S - sjokkimpuls,
t1 og t2 er start- og sluttid for påvirkningen,
F(t) er avhengigheten av slagkraften F på tiden t.

Siden kollisjonsprosessen varer svært kort tid, kan den i vårt tilfelle betraktes som en øyeblikkelig endring i hastighetene til de kolliderende legene.

I påvirkningsprosessen, som i alle naturfenomener, må loven om bevaring av energi overholdes. Derfor er det naturlig å skrive følgende ligning:

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

hvor
E1 og E2 er de kinetiske energiene til den første og andre kroppen før sammenstøtet,
E'1 og E'2 - kinetiske energier etter støt,
E1p og E2p er energiene til tap under støt i det første og andre legemet e.

Forholdet mellom den kinetiske energien etter støtet og energien til tap er et av hovedproblemene i støtsteorien.

Sekvensen av mekaniske fenomener ved støt er slik at først deformasjonen av kroppene skjer, hvor den kinetiske energien til bevegelse omdannes til den potensielle energien til elastisk deformasjon. Potensiell energi omdannes deretter tilbake til kinetisk energi. Avhengig av hvilken del av den potensielle energien som går inn i kinetisk energi, og hvilken del som går tapt, forsvinner ved oppvarming og deformasjon, skilles tre typer slag:

Absolutt elastisk støt All mekanisk energi er bevart. Dette er en idealisert kollisjonsmodell, men i noen tilfeller, for eksempel ved biljardballstøt, er støtmønsteret nær en perfekt elastisk støt.
Absolutt uelastisk innvirkning– deformasjonsenergien blir fullstendig omdannet til varme. Eksempel: landing i hopp og avstigning, slå en plastelinaball mot en vegg osv. Ved et absolutt uelastisk støt er hastigheten til de samvirkende legemer etter støtet like (kroppene henger sammen).
Delvis uelastisk påvirkning- en del av den elastiske deformasjonsenergien omdannes til den kinetiske energien til bevegelse.

I virkeligheten er alle påvirkninger enten helt eller delvis uelastiske. Newton foreslo å karakterisere en uelastisk påvirkning av den såkalte utvinningsfaktoren. Det er lik forholdet mellom hastighetene til de samvirkende legemer etter og før sammenstøtet. Jo mindre denne koeffisienten er, jo mer energi brukes på ikke-kinetiske komponenter E1p og E2p (oppvarming, deformasjon). Teoretisk kan denne koeffisienten ikke oppnås, den bestemmes empirisk og kan beregnes ved hjelp av følgende formel:

hvor
v1, v2 er kroppens hastigheter før sammenstøtet,
v'1, v'2 - etter støtet.

Ved k = 0 vil støtet være absolutt uelastisk, og ved k = 1 vil det være absolutt elastisk. Gjenvinningsfaktoren avhenger av de elastiske egenskapene til de kolliderende legene. For eksempel vil det være annerledes når en tennisball treffer forskjellige grunner og racketer av forskjellige typer og kvaliteter. Gjenvinningskoeffisienten er ikke bare en karakteristikk av materialet, siden den også avhenger av hastigheten på slaginteraksjonen - den avtar med økende hastighet. Håndbøkene gir verdier for utvinningsgraden for enkelte materialer for støthastigheter under 3 m/s.

Biomekanikk av påvirkningshandlinger

Perkusjon i biomekanikk kalles handlinger, hvis resultat oppnås ved mekanisk påvirkning. I perkusjonshandlinger er det:

tilbakesving- en bevegelse som går foran støtbevegelsen og fører til en økning i avstanden mellom støtleddet til kroppen og objektet som støtet påføres. Denne fasen er den mest variable.
sjokkbevegelse- fra slutten av svingen til starten av streiken.
Påvirkningsinteraksjon (eller faktisk påvirkning)- kollisjon av sammenstøtende kropper.
Bevegelse etter støt- bevegelsen av støtleddet til kroppen etter at kontakten med objektet som støtet er påført, er avsluttet.

Ved en mekanisk støt er hastigheten til et legeme (for eksempel en ball) etter støtet jo høyere, jo høyere hastigheten er på treffleddet rett før støtet. Med streik i idrett er en slik avhengighet ikke nødvendig. For eksempel, når du tjener i tennis, kan en økning i hastigheten på racketen føre til en reduksjon i ballens hastighet, siden slagmassen under slag utført av utøveren ikke er konstant: den avhenger av koordineringen av bevegelsene hans . Hvis for eksempel et slag utføres ved å bøye håndleddet eller med en avslappet hånd, vil bare massen av racketen og hånden samhandle med ballen. Hvis, i støtøyeblikket, det slående leddet er fiksert av aktiviteten til antagonistmusklene og representerer så å si et enkelt fast legeme, vil massen av hele denne lenken ta del i støtinteraksjonen.

Noen ganger kaster en idrettsutøver to skudd i samme hastighet, men ballens hastighet eller slagkraften er forskjellig. Dette skyldes at slagmassen ikke er den samme. Verdien av slagmassen kan brukes som et kriterium for effektiviteten til slagteknikken. Siden det er ganske vanskelig å beregne støtmassen, estimeres effektiviteten av støtsamspillet som forholdet mellom prosjektilhastigheten etter støtet og hastigheten til støtelementet før støtet. Denne indikatoren er forskjellig i forskjellige typer streik. For eksempel varierer det i fotball fra 1,20 til 1,65. Det avhenger også av vekten til utøveren.

Noen idrettsutøvere som har et veldig sterkt slag (i boksing, volleyball, fotball osv.) skiller seg ikke ut i stor muskelstyrke. Men de er i stand til å kommunisere en høy hastighet til det slående segmentet og, i støtøyeblikket, samhandle med den truffede kroppen med en stor slagmasse.

Mange slående idrettsaksjoner kan ikke betraktes som en "ren" streik, basert på teorien som er skissert ovenfor. I støtteorien i mekanikk antas det at støtet skjer så raskt og at støtkreftene er så store at alle andre krefter kan neglisjeres. I mange slående aksjoner i idretten er disse antakelsene ikke berettiget. Påvirkningstiden i dem, selv om den er kort, kan fortsatt ikke neglisjeres; banen for sammenstøtsinteraksjon, langs hvilken de kolliderende legene beveger seg sammen under sammenstøtet, kan nå 20-30 cm.

Derfor, i idrettspåvirkningshandlinger, er det i prinsippet mulig å endre mengden bevegelse under påvirkningen på grunn av påvirkningen av krefter som ikke er relatert til selve påvirkningen. Hvis støtforbindelsen under støtet akselereres i tillegg på grunn av muskelaktivitet, øker støtimpulsen og følgelig prosjektilets avgangshastighet; hvis det bremses vilkårlig, reduseres sjokkimpulsen og starthastigheten (dette er noen ganger nødvendig for nøyaktige forkortede skudd, for eksempel når du sender ballen til en partner). Noen treffbevegelser, der den ekstra momentumgevinsten under treffet er veldig stor, er vanligvis noe mellom å kaste og slå (dette gjøres noen ganger i andre pasninger i volleyball).

Koordinering av bevegelser med de kraftigste slagene er underlagt to krav:

kommunikasjon av høyeste hastighet til den treffende lenken ved øyeblikket av kontakt med den truffede kroppen. I denne bevegelsesfasen brukes de samme metodene for å øke hastigheten som i andre bevegelige handlinger;
økning i støtmasse i trefføyeblikket. Dette oppnås ved å "fikse" de enkelte leddene til det slående segmentet ved samtidig å skru på antagonistmusklene og øke rotasjonsradiusen. For eksempel, i boksing og karate, blir kraften til et slag med høyre hånd omtrent doblet hvis rotasjonsaksen passerer nær venstre skulderledd, sammenlignet med slag der rotasjonsaksen sammenfaller med den sentrale lengdeaksen til kroppen .

Påvirkningstiden er så kort at det allerede er umulig å rette opp feilene som er gjort. Derfor er nøyaktigheten av slaget avgjørende sikret av de riktige handlingene under svingen og slagbevegelsen. For eksempel, i fotball, bestemmer posisjonen til støttebenet målnøyaktigheten for nybegynnere med omtrent 60-80%.

Taktikken til sportskonkurranser krever ofte streik som er uventede for fienden ("skjult"). Dette oppnås ved å utføre streik uten forberedelse (noen ganger til og med uten en sving), etter villedende bevegelser (finter), etc. De biomekaniske egenskapene til streikene endres, siden de vanligvis utføres i slike tilfeller på grunn av virkningen av bare distale segmenter ( håndleddslag).

Distal - [eks. ende, falanx] (distalis) - enden av muskelen eller beinet i lemmet eller hele strukturen (phalanx, muskel) som er fjernest fra kroppen.

Punch med og uten boksehanske.

I noen idrettskretser har det nylig blusset opp en seriøs debatt om det større traumet for hjernen ved slag med boksehanske enn slag med bar hånd. La oss prøve å få svar på dette spørsmålet ved å bruke tilgjengelige forskningsdata og fysikkens elementære lover.

Hvor kan slike tanker komme fra? Jeg tør å antyde det hovedsakelig fra observasjoner av prosessen med å slå en boksesekk. Det er utført studier der Smith og Hemil, i sitt arbeid publisert i 1986, målte hastigheten til en idrettsutøvers knyttneve og hastigheten til en boksesekk. Strengt tatt bestemmes faren for hjernerystelse av mengden av akselerasjon av hodet, og ikke av hastighet. Imidlertid, i henhold til den rapporterte hastigheten til posen, kan man bare indirekte bedømme størrelsen på akselerasjonen, siden det antas at denne hastigheten ble utviklet i løpet av en kort periode med påvirkningstid.

Vesken ble truffet på tre forskjellige måter: med bar neve, med karatehanske og med boksehanske. Faktisk var hastigheten på sekken når den ble truffet med en hanske omtrent 15 % høyere enn når den ble truffet med en knyttneve. Vurder den fysiske bakgrunnen for studien. Som nevnt ovenfor er alle støtene delvis uelastiske og en del av energien til støtleddet brukes på gjenværende deformasjon av prosjektilet, resten av energien brukes på å overføre kinetisk energi til prosjektilet. Andelen av denne energien er preget av utvinningsfaktoren.

La oss ta en reservasjon med en gang for større klarhet at når vi vurderer belastningsenergien og energien til translasjonsbevegelse, spiller en stor belastningsenergi en positiv rolle, fordi mindre energi er igjen for bevegelse fremover. I dette tilfellet snakker vi om elastiske deformasjoner som ikke utgjør en helsefare, mens energien til translasjonsbevegelse er direkte relatert til akselerasjon og er farlig for hjernen.

Beregn restitusjonsfaktoren til bokseposen i henhold til dataene innhentet av Smith og Hemil. Vekten på posen var 33 kg. Forsøksresultatene viste ubetydelige forskjeller i knyttnevehastighet for ulike typer hansker (bar knyttneve: 11,03±1,96 m/s, i karatehanske: 11,89±2,10 m/s, i boksehansker: 11,57±3,43 m/s). Gjennomsnittlig knyttnevehastighet var 11,5 m/s. Det ble funnet forskjeller i posemomentum for forskjellige typer hansker. Et slag med en boksehanske forårsaket mer posemomentum (53,73±15,35 Ns) enn et slag med bare knyttneve (46,4±17,40 Ns) eller med en karatehanske (42,0±18,7 Ns), som hadde nesten like verdier. For å bestemme hastigheten til posen fra momentumet, må du dele momentumet til posen med massen:

v = p/m (5)

hvor
v er hastigheten til posen,
p er farten til posen,
m er massen til posen.

Ved å bruke formelen for å beregne utvinningsfaktoren (4) og anta at hastigheten på knyttneven etter støtet er null, får vi en verdi for et bare knyttneveslag på ca 0,12, dvs. k = 12 %. For et slag med boksehanske er k = 14 %. Dette bekrefter vår livserfaring - et slag mot en boksepose er nesten helt uelastisk og nesten all slagenergien brukes på dens deformasjon.

Det bør bemerkes separat at knyttneven i en karatehanske hadde høyest hastighet. Fremdriften til posen når den ble truffet med en karatehanske var den minste. Bare knyttneveslag i denne studien var i midten. Dette kan forklares med at utøverne var redde for å skade hånden og reduserte slagets hastighet og kraft refleksivt. Når du ble truffet i en karatehanske, oppsto ikke en slik frykt.

Hva skjer hvis du blir slått i hodet? La oss gå til en annen studie fra 2005 av Valilko, Viano og Beer, som undersøkte bokseslag med hansker på en spesialdesignet dummy (fig. 2). I dette arbeidet ble alle påvirkningsparametere og påvirkning på hode og nakke av dummyen studert i detalj. Halsen på dummyen var en elastisk metallfjær, så denne modellen kan betraktes som en modell av en bokser klar til å slå med anspente nakkemuskler. La oss bruke foroverbevegelsesdataene til dukkens hode og beregne utvinningsfaktoren (k) for et direkte slag mot hodet.

Ris. 2 Studie av Valilko, Viano og Bira - en bokser slår en dummy.

Gjennomsnittlig håndhastighet før støt var 9,14 m/s, og gjennomsnittlig hodehastighet etter støt var 2,97 m/s. I henhold til samme formel (4) er således utvinningsfaktoren k = 32 %. Dette betyr at 32 % av energien gikk inn i hodets kinetiske bevegelse, og 68 % gikk inn i deformasjonen av nakken og hansken. Når vi snakker om nakkedeformasjonsenergien, snakker vi ikke om den geometriske deformasjonen (krumningen) til livmorhalsregionen, men om energien som nakkemusklene (i dette tilfellet våren) brukte for å holde hodet stasjonært. Faktisk er dette energien til motstand mot støt. Deformasjonen av utstillingsdukkens ansikt, så vel som den menneskelige ansiktshodeskallen, er uaktuelt. Menneskebein er veldig sterkt materiale. I tabellen. 1 viser elastisitetskoeffisienten (Youngs modul) for flere materialer. Jo større denne koeffisienten er, jo stivere er materialet. Tabellen viser at når det gjelder stivhet, er bein litt dårligere enn betong.

Tabell 1. Elastisitetskoeffisienter (Youngs moduli) for ulike materialer.

Hva vil restitusjonsfaktoren være for et slag mot hodet med bare knyttneve? Det finnes ingen studier på dette. Men la oss prøve å finne ut de mulige konsekvensene. Når du slår, så vel som når du slår med hanske, vil mesteparten av energien tas av nakkemusklene, selvfølgelig forutsatt at de er anspente. I arbeidet til Valilko, Viano og Beer er det umulig å skille deformasjonsenergien til hansken fra deformasjonsenergien til dummyens nakke, men det kan antas at brorparten av den totale deformasjonsenergien har gått i nakkedeformasjon. Derfor kan det antas at når man slår med bar neve, vil forskjellen i restitusjonskoeffisienten ikke overstige 2-5 % sammenlignet med å slå med hanske, slik tilfellet var i arbeidet til Smith og Hemil, hvor forskjellen var 2 %. En forskjell på 2 % er åpenbart ikke signifikant.

Ovennevnte beregninger ble gjort på grunnlag av data om den rettlinjede akselerasjonen av hodet etter støtet. Men på tross av all deres relative kompleksitet, er de veldig langt fra å forutsi traumatismen ved et slag. Den engelske fysikeren Holborn, som jobbet med gelmodeller av hjernen i 1943, var en av de første som la frem rotasjonsakselerasjon av hodet som hovedparameter for hjerneskade. Ommai et al. rapporterte at en rotasjonsakselerasjon på 4500 rad/s2 resulterer i hjernerystelse og alvorlig aksonal skade. En tidligere artikkel av samme forfatter sier at rotasjonsakselerasjon over 1800 rad/s2 skaper en 50% sjanse for hjernerystelse. Artikkelen til Valilko, Viano og Bira gir parametrene for 18 forskjellige streik. Hvis vi tar den samme bokseren og slaget hans med en håndhastighet på 9,5 m / s og et slag med en hastighet på 6,7 m / s, så er utvinningskoeffisienten i det første tilfellet 32%, og i det andre er den allerede 49 %. I følge alle våre beregninger viser det seg at den andre påvirkningen er mer traumatisk: en høyere utvinningsfaktor (mer energi ble brukt i den fremre bevegelsen av hodet), en stor effektiv masse (2,1 kg og 4,4 kg), en litt høyere akselerasjon av hodet (67 g og 68 g ). Men hvis vi sammenligner rotasjonsakselerasjonen til hodet produsert av disse to støtene, vil vi se at det første støtet er mer traumatisk (henholdsvis 7723 rad/s2 og 5209 rad/s2). Dessuten er forskjellen i antall ganske betydelig. Dette faktum indikerer at traumatismen til et slag avhenger av et stort antall variabler, og man kan ikke bare styres av impulsen p = mv når man vurderer effektiviteten av et slag. Av stor betydning her er støtstedet, for å forårsake den største rotasjonen av hodet. I forbindelse med ovennevnte data viser det seg at boksehanskefaktoren ved skader og hjernerystelser ikke spiller hovedrollen.

Som oppsummering av artikkelen vår merker vi oss følgende. Faktorer som påvirker hjerneskade ved slag med og uten boksehanske er ikke nevneverdig forskjellig og kan endres enten i den ene eller den andre retningen, avhengig av bokseren og typen slag. Mye viktigere faktorer som påvirker hjernerystelsen ligger utenfor det betraktede planet, for eksempel typen og plasseringen av slaget mot hodet, som bestemmer rotasjonsmomentet.

Samtidig bør vi ikke glemme at boksehansker først og fremst er designet for å beskytte det myke vevet i ansiktet. Strike uten hansker fører til skader på bein, ledd og bløtvev hos både angriperen og den angrepne utøveren. Den vanligste og mest smertefulle av disse er en skade som kalles "bokserknoken".

Boxers knoke er et velkjent begrep innen idrettsmedisin som brukes for å beskrive en håndskade – skade på leddkapselen i metacarpophalangeal ledd (vanligvis II eller III), nemlig fibrene som holder senen til fingrenes ekstensormuskel.

Faren for å pådra seg ulike infeksjoner, inkludert hepatitt C- eller HIV-virus, og en rekke andre ubehagelige konsekvenser, inkludert et lite attraktivt utseende, avviser på det sterkeste tesen om at kamp med bare hender er tryggere for helsen.

Referanser:

1. Lamash B.E. Forelesninger om biomekanikk. https://www.dvgu.ru/meteo/book/BioMechan.htm
2. Smith PK, Hamill J. Effekten av slaghansketype og ferdighetsnivå på momentumoverføring. 1986, J. Hum. mov. Stud. bind 12, s. 153-161.
3. Walilko T.J., Viano D.C. og Bir C.A. Biomekanikk i hodet for olympiske bokserslag i ansiktet. 2005, Br J Sports Med. vol. 39, s. 710-719
4 Holbourn A.H.S. Mekanikk for hodeskade. 1943, Lancet. vol. 2, s. 438-441.
5. Ommaya A.K., Goldsmith W., Thibault L. Biomekanikk og nevropatologi av voksen og pediatrisk hodeskade. 2002, Br J Neurosurg. vol.16, nr.3, s.220–242.

6. sportmedicine.ru

I mekanikk er støt den mekaniske virkningen av materielle kropper, som fører til en begrenset endring i hastighetene til punktene deres i løpet av en uendelig liten tidsperiode. Anslagsbevegelse er en bevegelse som oppstår som et resultat av en enkelt interaksjon av et legeme (medium) med det aktuelle systemet, forutsatt at den minste perioden med naturlige svingninger i systemet eller dets tidskonstant er tilsvarende eller større enn interaksjonstiden.

Under sammenstøtsinteraksjon på punktene som vurderes, bestemmes kollisjonsakselerasjoner, hastighet eller forskyvning. Til sammen kalles slike påvirkninger og reaksjoner sjokkprosesser. Mekaniske støt kan være enkelt, flere og komplekse. Enkelt- og multiple sjokkprosesser kan påvirke apparatet i langsgående, tverrgående og eventuelle mellomretninger. Komplekse sjokkbelastninger virker på en gjenstand i to eller tre innbyrdes vinkelrette plan samtidig. Slagbelastninger på et fly kan være både ikke-periodiske og periodiske. Forekomsten av sjokkbelastninger er forbundet med en skarp endring i akselerasjonen, hastigheten eller bevegelsesretningen til flyet. Oftest under reelle forhold er det en kompleks enkelt sjokkprosess, som er en kombinasjon av en enkel sjokkpuls med overlagrede oscillasjoner.

De viktigste egenskapene til sjokkprosessen:

lover for endring i støtakselerasjon a(t), hastighet V(t) og forskyvning X(t) topp sjokkakselerasjon;
varighet av sjokkakselerasjon foran Tf - tidsintervall fra øyeblikket av forekomst av sjokkakselerasjon til øyeblikket som tilsvarer dens toppverdi;
koeffisienten for overlagrede svingninger av sjokkakselerasjon - forholdet mellom den totale summen av de absolutte verdiene av inkrementer mellom tilstøtende og ekstreme verdier for sjokkakselerasjon til dens doblet toppverdi;
støtakselerasjonsimpuls - integralet av støtakselerasjon over en tid lik varigheten av virkningen.

I henhold til formen på kurven til den funksjonelle avhengigheten av bevegelsesparametere, er sjokkprosesser delt inn i enkle og komplekse. Enkle prosesser inneholder ikke høyfrekvente komponenter, og deres egenskaper tilnærmes av enkle analytiske funksjoner. Navnet på funksjonen bestemmes av formen på kurven som tilnærmer akselerasjonens avhengighet av tid (halvsinusformet, kosanusformet, rektangulær, trekantet, sagtann, trapesformet, etc.).

Et mekanisk sjokk er preget av en rask frigjøring av energi, noe som resulterer i lokale elastiske eller plastiske deformasjoner, eksitasjon av stressbølger og andre effekter, noen ganger fører til funksjonsfeil og ødeleggelse av flystrukturen. Sjokkbelastningen påført flyet eksiterer raskt dempede naturlige oscillasjoner i det. Verdien av overbelastning ved støt, arten og hastigheten av spenningsfordeling over strukturen til flyet bestemmes av kraften og varigheten av støtet, og arten av endringen i akselerasjon. Påvirkning, som virker på flyet, kan forårsake mekanisk ødeleggelse. Avhengig av varigheten, kompleksiteten til slagprosessen og dens maksimale akselerasjon under testing, bestemmes graden av stivhet til flyets strukturelle elementer. En enkel påvirkning kan forårsake ødeleggelse på grunn av forekomsten av sterke, om enn kortvarige overbelastninger i materialet. En kompleks påvirkning kan føre til akkumulering av utmattelsesmikrodeformasjoner. Siden flydesignet har resonansegenskaper, kan selv et enkelt slag forårsake en oscillerende reaksjon i elementene, også ledsaget av utmattelsesfenomener.

Mekanisk overbelastning forårsaker deformasjon og brudd på deler, løsgjøring av skjøter (sveiset, gjenget og naglet), skru av skruer og muttere, bevegelse av mekanismer og kontroller, som et resultat av at justering og justering av enheter endres og andre funksjonsfeil vises.

Kampen mot de skadelige effektene av mekaniske overbelastninger utføres på forskjellige måter: øke styrken til strukturen, bruke deler og elementer med økt mekanisk styrke, bruke støtdempere og spesiell emballasje, og rasjonell plassering av enheter. Tiltak for å beskytte mot de skadelige effektene av mekaniske overbelastninger er delt inn i to grupper:

tiltak rettet mot å sikre den nødvendige mekaniske styrken og stivheten til strukturen;
tiltak rettet mot å isolere strukturelle elementer fra mekaniske påvirkninger.

I sistnevnte tilfelle brukes ulike støtdempende midler, isolerende pakninger, kompensatorer og dempere.

Den generelle oppgaven med å teste et fly for støtlast er å kontrollere et luftfartøys og alle dets elementers evne til å utføre sine funksjoner under og etter støt, d.v.s. opprettholde sine tekniske parametere under sammenstøt og etter det innenfor grensene spesifisert i de forskriftsmessige og tekniske dokumentene.

Hovedkravene for slagtester under laboratorieforhold er den maksimale tilnærmingen av resultatet av en testpåvirkning på et objekt til effekten av en reell påvirkning under naturlige driftsforhold og reproduserbarheten av påvirkningen.

Ved reprodusering av sjokkbelastningsmoduser under laboratorieforhold pålegges begrensninger på den øyeblikkelige akselerasjonspulsformen som funksjon av tiden (fig. 2.50), samt på de tillatte grensene for pulsformavvik. Nesten hver sjokkpuls på laboratoriestativet er ledsaget av en pulsering, som er et resultat av resonansfenomener i trommemaskiner og hjelpeutstyr. Siden spekteret til sjokkpulsen hovedsakelig er en karakteristikk av den destruktive virkningen av støtet, kan selv en liten pulsering overlagret gjøre måleresultatene upålitelige.

Testrigger som simulerer individuelle støt etterfulgt av vibrasjoner utgjør en spesiell klasse utstyr for mekanisk testing. Støtbestander kan klassifiseres etter ulike kriterier (fig. 2.5!):

I - i henhold til prinsippet om sjokkimpulsdannelse;

II - etter testenes art;

III - i henhold til typen reproduserbar sjokkbelastning;

IV - i henhold til handlingsprinsippet;

V - i henhold til energikilden.

Generelt består skjemaet til sjokkstativet av følgende elementer (fig. 2.52): testobjektet, montert på en plattform eller beholder, sammen med en sjokkoverbelastningssensor; akselerasjonsmidler for å kommunisere den nødvendige hastigheten til objektet; bremsing enhet; kontrollsystemer; opptaksutstyr for å registrere de undersøkte parametrene til objektet og loven om endring av sjokkoverbelastning; primære omformere; hjelpeenheter for å justere driftsmodusene til det testede objektet; strømforsyninger som er nødvendige for driften av det testede objektet og opptaksutstyret.

Det enkleste stativet for støttesting i laboratorieforhold er et stativ som opererer etter prinsippet om å slippe et testobjekt festet på en vogn fra en viss høyde, dvs. bruke jordens tyngdekraft til å spre seg. I dette tilfellet bestemmes formen på sjokkpulsen av materialet og formen til de kolliderende overflatene. På slike standplasser er det mulig å gi akselerasjon opp til 80 000 m/s2. På fig. 2.53, a og b viser de grunnleggende mulige ordningene for slike standplasser.

I den første versjonen (fig. 2.53, a) drives en spesiell kam 3 med en skralletann av en motor. Når kammen når den maksimale høyden H, faller bordet 1 med testobjektet 2 ned på bremseinnretningene 4, som gir den et slag. Slagoverbelastning avhenger av fallhøyden H, stivheten til bremseelementene h, den totale massen til bordet og testobjektet M og bestemmes av følgende forhold:

Ved å variere denne verdien kan du få ulike overbelastninger. I den andre varianten (fig. 2.53, b) fungerer stativet etter fallmetoden.

Testbenker som bruker en hydraulisk eller pneumatisk drift for å akselerere vognen, er praktisk talt uavhengig av tyngdekraften. På fig. 2.54 viser to alternativer for slagpneumatiske stativer.

Prinsippet for drift av stativet med en luftpistol (fig. 2.54, a) er som følger. Komprimert gass tilføres arbeidskammeret /. Når det forhåndsbestemte trykket er nådd, som styres av manometeret, frigjør automaten 2 beholderen 3, hvor testobjektet er plassert. Når du går ut av luftpistolens løp 4, kommer beholderen i kontakt med enheten 5, som lar deg måle beholderens hastighet. Luftpistolen er festet til støttestolpene gjennom støtdempere b. Den gitte bremseloven på støtdemperen 7 implementeres ved å endre den hydrauliske motstanden til den strømmende væsken 9 i gapet mellom den spesialprofilerte nålen 8 og hullet i støtdemperen 7.

Strukturskjemaet til et annet pneumatisk sjokkstativ, (fig. 2.54, b) består av et testobjekt 1, en vogn 2 som testobjektet er installert på, en pakning 3 og en bremseanordning 4, ventiler 5 som lar deg lage det spesifiserte gasstrykket faller på stempelet b, og gassforsyningssystemer 7. Bremseanordningen aktiveres umiddelbart etter kollisjonen av vognen og puten for å forhindre at vognen reverserer og forvrenger sjokkbølgeformene. Forvaltningen av slike stands kan automatiseres. De kan reprodusere et bredt spekter av sjokkbelastninger.

Som en akselererende enhet kan gummistøtdempere, fjærer og, i noen tilfeller, lineære asynkronmotorer brukes.

Egenskapene til nesten alle støtstativer bestemmes av utformingen av bremseinnretningene:

1. Slaget av et testobjekt med en stiv plate er preget av retardasjon på grunn av forekomsten av elastiske krefter i kontaktsonen. Denne metoden for å bremse testobjektet gjør det mulig å oppnå store verdier av overbelastninger med en liten front av deres vekst (fig. 2.55, a).

2. For å oppnå overbelastninger i et bredt område, fra titalls til titusenvis av enheter, med deres stigetid fra titalls mikrosekunder til flere millisekunder, brukes deformerbare elementer i form av en plate eller pakning som ligger på en stiv base. Materialene til disse pakningene kan være stål, messing, kobber, bly, gummi, etc. (Fig. 2.55, b).

3. For å sikre enhver spesifikk (gitt) lov om endring av n og t i et lite område, brukes deformerbare elementer i form av en spiss (knuser), som er installert mellom platen til slagstativet og objektet som testes (Fig. 2.55, c).

4. For å reprodusere et støt med en relativt stor retardasjonsbane, brukes en bremseanordning som består av en bly, plastisk deformerbar plate plassert på den stive bunnen av stativet, og en hard spiss av den tilsvarende profilen som føres inn i den ( Fig. 2.55, d), festet på objektet eller plattformen til stativet . Slike bremseanordninger gjør det mulig å oppnå overbelastninger i et bredt område av n(t) med kort stigetid, opptil titalls millisekunder.

5. Et elastisk element i form av en fjær (fig. 2.55, e) installert på den bevegelige delen av sjokkstativet kan brukes som en bremseanordning. Denne typen bremsing gir relativt små halvsinusoverbelastninger med en varighet målt i millisekunder.

6. En stansbar metallplate, festet langs konturen i bunnen av installasjonen, i kombinasjon med en stiv spiss av plattformen eller beholderen, gir relativt små overbelastninger (fig. 2.55, e).

7. Deformerbare elementer installert på stativets bevegelige plattform (fig. 2.55, g), i kombinasjon med en stiv konisk fanger, gir langvarige overbelastninger med en stigetid på opptil titalls millisekunder.

8. En bremseanordning med en deformerbar skive (fig. 2.55, h) gjør det mulig å oppnå store retardasjonsbaner for et objekt (opptil 200 - 300 mm) med små deformasjoner av skiven.

9. Opprettelsen i laboratorieforhold av intense sjokkpulser med store fronter er mulig ved bruk av en pneumatisk bremseanordning (fig. 2.55, s). Fordelene med den pneumatiske demperen inkluderer dens gjenbrukbare handling, samt muligheten for å reprodusere sjokkpulser av forskjellige former, inkludert de med en betydelig forhåndsbestemt front.

10. I praksisen med støttesting har en bremseanordning i form av en hydraulisk støtdemper blitt mye brukt (se fig. 2.54, a). Når testobjektet treffer støtdemperen, senkes stangen ned i væsken. Væsken presses ut gjennom stammepunktet i henhold til loven bestemt av profilen til reguleringsnålen. Ved å endre profilen til nålen er det mulig å realisere ulike typer bremselover. Nålens profil kan oppnås ved beregning, men det er for vanskelig å ta hensyn til for eksempel tilstedeværelsen av luft i stempelhulen, friksjonskrefter i tetningsanordninger, etc. Derfor må den beregnede profilen eksperimentelt korrigeres. Dermed kan den beregningsmessige-eksperimentelle metoden brukes for å oppnå den profilen som er nødvendig for implementering av enhver bremselov.

Konsekvenstesting i laboratorieforhold stiller en rekke spesielle krav til installasjon av objektet. Så for eksempel bør den maksimalt tillatte bevegelsen i tverrretningen ikke overstige 30% av den nominelle verdien; både ved slagfasthetstester og slagfasthetsprøver skal produktet kunne installeres i tre innbyrdes vinkelrette posisjoner med gjengivelse av nødvendig antall sjokkimpulser. Engangskarakteristikkene til måle- og registreringsutstyret må være identiske over et bredt frekvensområde, noe som garanterer korrekt registrering av forholdene til de ulike frekvenskomponentene til den målte pulsen.

På grunn av mangfoldet av overføringsfunksjoner til forskjellige mekaniske systemer, kan det samme sjokkspekteret være forårsaket av en sjokkpuls av forskjellige former. Dette betyr at det ikke er noen en-til-en samsvar mellom en eller annen akselerasjonstidsfunksjon og sjokkspekteret. Derfor er det fra et teknisk synspunkt mer riktig å spesifisere spesifikasjoner for sjokktester som inneholder krav til sjokkspekteret, og ikke for tiden som er karakteristisk for akselerasjon. Først av alt refererer dette til mekanismen for tretthetssvikt i materialer på grunn av akkumulering av lastesykluser, som kan være forskjellig fra test til test, selv om toppverdiene for akselerasjon og stress vil forbli konstante.

Ved modellering av sjokkprosesser er det hensiktsmessig å komponere et system for å bestemme parametere i henhold til de identifiserte faktorene som er nødvendige for en ganske fullstendig bestemmelse av ønsket verdi, som noen ganger bare kan finnes eksperimentelt.

Tatt i betraktning virkningen av et massivt, fritt bevegelig stivt legeme på et deformerbart element av relativt liten størrelse (for eksempel på en bremseanordning på en benk) festet på en stiv base, er det nødvendig å bestemme parametrene for slagprosessen og etablere forholdene under hvilke slike prosesser vil ligne hverandre. I det generelle tilfellet med den romlige bevegelsen til et legeme, kan seks ligninger kompileres, hvorav tre gir loven om bevaring av momentum, to - lovene for bevaring av masse og energi, den sjette er tilstandsligningen. Disse ligningene inkluderer følgende størrelser: tre hastighetskomponenter Vx Vy \ Vz> tetthet p, trykk p og entropi. Ved å neglisjere dissipative krefter og anta at tilstanden til det deformerbare volumet er isentropisk, kan man ekskludere entropi fra antallet bestemmende parametere. Siden bare bevegelsen til kroppens massesenter vurderes, er det mulig å ikke inkludere hastighetskomponentene Vx, Vy blant de bestemmende parameterne; Vz og koordinatene til punktene L", Y, Z inne i det deformerbare objektet. Tilstanden til det deformerbare volumet vil karakteriseres av følgende definerende parametere:

materialtetthet p;
trykk p, som er mer hensiktsmessig å ta hensyn til gjennom verdien av den maksimale lokale deformasjonen og Otmax, vurderer det som en generalisert parameter for kraftkarakteristikken i kontaktsonen;
starthastigheten V0, som er rettet langs normalen til overflaten som det deformerbare elementet er installert på;
gjeldende tid t;
kroppsvekt t;
akselerasjon av fritt fall g;
elastisitetsmodulen til materialene E, siden stresstilstanden til kroppen ved støt (med unntak av kontaktsonen) anses som elastisk;
karakteristisk geometrisk parameter for kroppen (eller deformerbart element) D.

I samsvar med TS-teoremet kan åtte parametere, hvorav tre har uavhengige dimensjoner, brukes til å komponere fem uavhengige dimensjonsløse komplekser:

Dimensjonsløse komplekser sammensatt av de bestemte parametrene for påvirkningsprosessen vil være noen funksjoner til de uavhengige dimensjonsløse kompleksene P1-P5.

Parametrene som skal bestemmes inkluderer:

gjeldende lokal deformasjon a;
kroppshastighet V;
kontakt kraft P;
spenninger i kroppen a.

Derfor kan vi skrive funksjonelle relasjoner:

Typen funksjoner /1, /2, /e, /4 kan etableres eksperimentelt, under hensyntagen til et stort antall definerende parametere.

Hvis det ved støt ikke oppstår gjenværende deformasjoner i kroppsdelene utenfor kontaktsonen, vil deformasjonen ha en lokal karakter, og følgelig kan komplekset R5 = pY^/E utelukkes.

Komplekset Jl2 = Pttjjjax) ~ Cm kalles koeffisienten for relativ kroppsmasse.

Kraftkoeffisienten for motstand mot plastisk deformasjon Cp er direkte relatert til kraftkarakteristisk indeks N (materialets etterlevelseskoeffisient, avhengig av formen til de kolliderende legemene) ved følgende forhold:

hvor p er den reduserte tettheten av materialer i kontaktsonen; Cm = m/(pa?) er den reduserte relative massen til de kolliderende legemene, som karakteriserer forholdet mellom deres reduserte masse M og den reduserte massen til det deformerbare volumet i kontaktsonen; xV er en dimensjonsløs parameter som karakteriserer det relative arbeidet med deformasjon.

Funksjonen Cp - /z (R1 (Rr, R3, R4) kan brukes til å bestemme overbelastninger:

Hvis vi sikrer likheten mellom de numeriske verdiene til de dimensjonsløse kompleksene IJlt R2, R3, R4 for to påvirkningsprosesser, vil disse forholdene, dvs.

vil være kriterier for likheten mellom disse prosessene.

Når disse betingelsene er oppfylt, vil de numeriske verdiene til funksjonene /b/g./z» L» me- også være de samme på lignende tidspunkter -V CtZoimax-const; ^r= konst; Cp = const, som gjør det mulig å bestemme parametrene til en påvirkningsprosess ved ganske enkelt å omberegne parametrene til en annen prosess. Nødvendige og tilstrekkelige krav til fysisk modellering av påvirkningsprosesser kan formuleres som følger:

Arbeidsdelene til modellen og det naturlige objektet må være geometrisk like.
Dimensjonsløse komplekser, sammensatt av definerende parametre, må tilfredsstille betingelse (2.68). Introduserer skaleringsfaktorer.

Det må tas i betraktning at når bare parametrene for påvirkningsprosessen modelleres, vil stresstilstandene til kroppene (naturlig og modell) nødvendigvis være forskjellige.

Slagmekanisme. I mekanikken til en absolutt stiv kropp betraktes støt som en hopplignende prosess, hvis varighet er uendelig liten. Under sammenstøtet, ved kontaktpunktet for de kolliderende legemene, oppstår det store, men øyeblikkelig virkende krefter, som fører til en endelig endring i momentumet. I virkelige systemer virker endelige krefter alltid i løpet av et begrenset tidsintervall, og kollisjonen mellom to bevegelige legemer er assosiert med deres deformasjon nær kontaktpunktet og forplantningen av en kompresjonsbølge inne i disse legene. Varigheten av påvirkningen avhenger av mange fysiske faktorer: de elastiske egenskapene til materialene til de kolliderende kroppene, deres form og størrelse, den relative tilnærmingshastigheten, etc.

Endringen i akselerasjon med tid kalles vanligvis en sjokkakselerasjonsimpuls eller en sjokkimpuls, og loven om endring i akselerasjon med tiden kalles formen for en sjokkimpuls. Hovedparametrene til sjokkpulsen inkluderer topp sjokkakselerasjon (overbelastning), varigheten av sjokkakselerasjonen og formen på pulsen.

Det er tre hovedtyper av produktrespons på sjokkbelastninger:

* ballistisk (kvasi-dempende) eksitasjonsmodus (perioden for EI naturlige oscillasjoner er større enn varigheten av eksitasjonspulsen);

* kvasi-resonant eksitasjonsmodus (perioden for EI naturlige oscillasjoner er omtrent lik varigheten av eksitasjonspulsen);

* statisk eksitasjonsmodus (perioden for EI naturlige oscillasjoner er mindre enn varigheten av eksitasjonspulsen).

I ballistisk modus er maksimalverdien av EM-akselerasjonen alltid mindre enn toppakselerasjonen til slagpulsen. Kvasi-resonant Den kvasi-resonante eksitasjonsmodusen er den mest rigide når det gjelder størrelsen på de eksiterte akselerasjonene (m er mer enn 1). I den statiske eksitasjonsmodusen gjentar responsen til ED den virkende pulsen (m=1), testresultatene avhenger ikke av formen og varigheten av pulsen. Tester i det statiske området tilsvarer tester for effektene av lineær akselerasjon, siden det kan sees på som et slag av uendelig varighet.

Droppetester utføres i en kvasi-resonant eksitasjonsmodus. Slagstyrken vurderes av integriteten til utformingen av kraftverket (ingen sprekker, spon).

Slagtester utføres etter slagtester under elektrisk belastning for å verifisere ED-enhetens evne til å utføre funksjonene sine under mekaniske støtforhold.

I tillegg til mekaniske støtstativer, brukes elektrodynamiske og pneumatiske støtstativer. I elektrodynamiske stativer føres en strømpuls gjennom eksitasjonsspolen til det bevegelige systemet, hvis amplitude og varighet bestemmes av parametrene til sjokkpulsen. På pneumatiske stativer oppnås slagakselerasjon når bordet kolliderer med et prosjektil avfyrt fra en luftpistol.

Egenskapene til sjokkstativ varierer mye: lastekapasitet, lastekapasitet - fra 1 til 500 kg, antall slag per minutt (justerbar) - fra 5 til 120, maksimal akselerasjon - fra 200 til 6000 g, varighet av slag - fra 0,4 til 40 ms.