Mekaaninen isku
On mekaanisen iskun , kun nopeusvektorilla äkillisesti vaihtelua ja joka luo ohimenevä järjestelmien järjestelmässä harkita. Tämä vastaa yleensä kahden ruumiin törmäystä .
Epämuodostumattoman kiinteän aineen mallissa se vastaa nopeusvektorin epäjatkuvuutta ( Heaviside-funktio ), johon sisältyy kiihtyvyyden ääretön arvo dirac- muodossa . Nojalla perusperiaatteen dynamiikka , shokki myös vastaa Diracin ( "ääretön") huippu voima tai vääntömomentti .
Käytännössä nopeuden vaihtelu ei ole välitöntä; Esimerkiksi kahden auton välisessä onnettomuudessa hidastuvuuden katsotaan kestävän noin 0,1 sekuntia . Kiihtyvyys ja siten voima tai vääntömomentti saavat siis rajalliset, mutta mahdollisesti erittäin suuret arvot, jos kyseiset nopeudet ja inertiat ovat suuria. Tämä voi aiheuttaa peruuttamattomia aineellisia vahinkoja (osien rikkoutuminen) ja loukkaantumisia, jotka voivat johtaa kuolemaan. Hitaat iskut ja matalat inertiat eivät yleensä aiheuta ongelmia (esimerkiksi pallon pelaaminen ).
On välttämätöntä erottaa shokki - epäjatkuvuuden nopeus - ja jerk - epäjatkuvuuden kiihtyvyys (tärähdyksiä).
Kahden kohteen joustava isku on melko yksinkertainen kuvata: todellakin, kaksi alkionopeutta animoidessaan minkä tahansa muun ulkoisen voiman pois lukien, vaihtavat liikemäärää (= massan ja nopeuden tulo), kokonaiskineettistä energiaa (= 1 / 2 × massa × nopeus2). Puhumme joustavasta sokista (joskus virheellisesti kutsutaan kovaksi sokiksi ), jos energiaa ei absorboida, ja tässä tapauksessa jokainen massa lähtee uudella nopeudella tai joustamattomalla sokilla (tai jopa pehmeällä iskulla ), jos nämä kaksi esinettä ovat yhteydessä toisiinsa järkytys muodostaa yksi kiinteä animoitu uudella nopeudella.
Törmäyksessä olevien kappaleiden läpi tapahtuneiden muodonmuutosten on perustuttava muodonmuutosenergiaan.
Iskutyypit ovat hyvin erilaisia: törmäykset , lyömäsoittimet , putoamiset (käsittelyn aikana), iskuaallot (liittyvät räjähdyksiin tai maanjäristyksiin ) jne.
Iskumekanismit
Iskut vastaavat suurimman osan ajasta törmäystä , mutta se ei ole järjestelmällistä. Itse asiassa mikä tahansa mekaaninen toiminta, jonka voimakkuus yhtäkkiä muuttuu, on kiihtyvyyden epäjatkuvuuden lähde. Se voi olla esimerkiksi:
- sähkömagneettisen kentän esiintymisen tai katoamassa (syöttöpiirin kelan avataan tai suljetaan);
- kosketus nesteeseen, kuten katastrofaalinen vesilasku tai tasainen sukelluksen aikana ;
- nokka , jossa on terävä kulma: on jo rulla / cam yhteyshenkilö joten törmäyksiä ei tarkkaan ottaen, vaikka se voidaan katsoa, että rulla törmää kaltevan osan nokan;
- vaijerin toiminta, kuten vinssin äkillinen käynnistyminen , tai köyden toiminta, joka pitää kiipeilijän putoamisen ;
- koneen hätäjarru: joidenkin mekaanisten koneiden on pysähdyttävä hyvin lyhyessä ajassa (tyypillisesti alle sekunnissa), ruumiinvamman tai sen pahenemisen estävän reaktionopeuden, esimerkiksi henkilön ollessa kiinni mekanismista; mekanismin osiin kohdistuu sitten isku;
- äkillinen paineen muutos; esimerkiksi pommin räjähdyksen yhteydessä ruumiiseen (esineeseen tai elävään olentoon) kohdistuu äkillinen ylipaine räjähdyksen puolella, kun taas vastakkaiset pinnat pysyvät ilmakehän paineessa, jolloin näiden kahden ero aiheuttaa voima, joka voi koputtaa tai liikuttaa kohdetta ( toissijainen räjähdys ); ja kun painehuippu kulkee kohteen yli, myös ulkoisen paineen ja sisäisen paineen ero voi aiheuttaa vahinkoa ( ensisijainen räjähdys );
- nesteen virtauksen äkillinen muutos, kuten venttiilin äkillinen avautuminen tai sulkeminen; puhumme vesivasarasta .
Jos isku johtuu kosketustoiminnasta, kosketusvyöhykkeeltä kaukana olevat ruumiinosat säilyttävät alkuperäisen nopeutensa hitausperiaatteen mukaisesti. Kosketinvyöhyke, joka kulkee eri nopeudella kuin muu keho, olemme siksi paikallisessa muodonmuutoksessa. Tämä johtaa puristusaallon luomiseen, joka levittää kiihtyvyyttä, kunnes keho on jälleen tasapainossa, ts. Kunnes kaikki pisteet menevät uudelle nopeudelle.
Iskuvauriot
Kahdentyyppiset vahingot on erotettava: kosketuksiin liittyvät vahingot ja kiihtyvyyteen liittyvät vahingot.
Isku on julma kiihtyvyys, ja siinä on välttämättä brutaali mekaaninen toiminta. Kun kyseessä on kontaktitoiminto, tämä toiminto voi itse aiheuttaa vahinkoa. Tämä vahinko liittyy suurelta osin kosketuspaineeseen ; yksi tapa vähentää näitä vaurioita on lisätä kosketuspintaa. Näin vältetään terävät kulmat viistojen tai pyöristysten hyväksi ; auton etuosat on nyt muotoiltu pyöristetyiksi vähentämään jalankulkijoiden ja kaksipyöräisten vaurioita.
Kiihtyvyys luo dynaamisen voimakentän, joka voi aiheuttaa vahinkoa. Esimerkiksi auto-onnettomuuden aikana äkillinen hidastuminen voi aiheuttaa elinten repeytymistä.
Iskunvaimennus
Iskunvaimennuksessa on yleensä kaksi osaa:
- joustavan osan, joka pidentää nopeuksien välistä siirtymäaikaa ja siten vähentää kiihtyvyyden arvoa;
Voimme ottaa esimerkin pudotuksen trampoliinille , kosketuksen alkamisen ja nopeuden (matalan asennon) peruutuksen välinen aika on luokkaa 0,2 s , paljon suurempi kuin pysähtymisaika, kun 'hyppäämme kovalle maahan - energian hukkaan menevä osa, jonka tarkoituksena on välttää palautumisvaikutus;
nämä ovat yleensä kitkailmiöitä, usein nestekitkaa , viskositeettia , joskus peruuttamattomia muodonmuutosilmiöitä: osan plastinen muodonmuutos (esim. auton alustan muodonmuutos törmäystilanteessa) tai murtuma (esimerkiksi jäykkä vaahto) kaksipyöräinen kypärä, joka vaimentaa iskut kaatumalla).
Esimerkiksi kiipeilyssä käytettävät köydet ovat niin sanottuja " dynaamisia " köysiä , jotka venyvät noin 20% putoamisen aikana ja vähentävät siten kiihtyvyysarvoa ja siten kiipeilijän vaurioita. Urheiluharjoittelujen (hyppy, voimistelu, tatami ) putoamiseen tarkoitettu matto on toinen esimerkki joustavasta pehmustuksesta; paksuilla vaahtomuoveilla on myös hajoamista (ilman kulkeutuminen huokosten läpi).
Onnettomuuden aikana tapahtuneiden loukkaantumismekanismien ymmärtäminen on muuttanut merkittävästi autoja paremman vaimennuksen suuntaan. Siksi siirrymme hyvin jäykistä ajoneuvoista, joiden vaimennus on siis hyvin alhainen, ajoneuvoihin, joiden levy "taipuu" törmäyksen aikana energian hajauttamiseksi. Aiemmin massiivinen puskuri on tullut yksinkertaisen muovikuori tarkoitettu enemmän estää naarmut ja jalankulkijoiden suojelemiseksi. Auto-onnettomuudessa turvavyön tarkoituksena on estää törmäys henkilön ja matkustamon (tai maanpinnan välillä työnnettäessä). Vahinko rajoittuu tällöin vyön kosketustoiminnan (hihnan trauma: palovammat, kylkiluun murtumat) ja hidastumisen (piiskanvärähtely, sisäelinten repeämä, aivojen isku kallonrasiaa vasten) vaikutuksiin - niin kauan kuin vatsan muodonmuutos auto pysyy kohtuullisena. Lisäksi levyn plastinen muodonmuutos ja hihnan elastinen muodonmuutos vähentävät rungon suorittamaa kiihtyvyyttä.
Äkilliset tien vaihtelut (kuopat, mustaherukat, nopeudelliset kuoppat) aiheuttavat iskuja. Renkaat ja suspensiot sallia näiden sokkien imeytyä niin että matkustajien mukavuus, mutta ennen kaikkea säilyttää hyvän kontaktin tien. Joustavan osan aikaansaa renkaiden ja jousien puristus, hajoavan osan aikaansaavat iskunvaimentimet .
Iskuja vaimentavat materiaalit: Alphagel , Betagel .
Kiinteiden materiaalien käyttäytyminen törmäyksessä
Kiinteiden materiaalien mekaaninen käyttäytyminen riippuu paljon lämpötilasta T ja venymisnopeudesta . Materiaalista ja iskuolosuhteista riippuen materiaalilla voi olla sitkeää , viskoplastista tai haurasta käyttäytymistä erilaisilla energianhajotustavoilla:
- elastinen muodonmuutos (kaikissa tapauksissa): tärinä , melu;
- muovinen tai viskoplastinen muodonmuutos: lopullinen muodonmuutos ja lämmön vapautuminen;
- hajoaminen .
Kun muodonmuutosnopeus on erittäin korkea, tyypillisesti kun kahden kappaleen suhteellinen nopeus on suuri, materiaalit yleensä siirtyvät hauraaseen alueeseen ja päähajotustapa on murtuma . Sitten puhumme vaikutuksista .