Mekanisk støt

Det er et mekanisk støt når hastighetsvektoren viser en plutselig variasjon og som skaper forbigående regimer i systemet som blir vurdert. Dette tilsvarer generelt forekomsten av en kollisjon mellom to kropper.

I modellen for det udeformerbare faste stoffet tilsvarer det en diskontinuitet i hastighetsvektoren ( Heaviside-funksjonen ), som medfører en uendelig verdi av akselerasjonen, i form av en dirac . I kraft av det grunnleggende dynamikkprinsippet tilsvarer et sjokk også en Dirac ("uendelig") topp av kraft eller dreiemoment .

I praksis er ikke fartsvariasjonen øyeblikkelig; for eksempel i en ulykke mellom to biler, anses det at retardasjonen varer ca. 0,1 s . Akselerasjonen, og derfor kraften eller dreiemomentet, får derfor endelige, men potensielt veldig høye verdier hvis hastighetene og tregheten er høye. Dette kan forårsake irreversibel materiell skade (brudd på deler) og personskader som kan føre til død. Sjokk med lav hastighet og lave treghet utgjør generelt ikke noe problem (for eksempel ballspill ).

Det er nødvendig å skille sjokk - diskontinuitet i hastighet - i rykk - diskontinuitet i akselerasjon (støt).

Det elastiske sjokket til to objekter er ganske enkelt å beskrive: faktisk animert av deres opprinnelige hastigheter for å utelukke annen ekstern kraft, utveksler de to objektene momentum (= produkt av masse og hastighet), den totale kinetiske energien (= 1 / 2 × masse × hastighet²) blir bevart. Vi snakker om elastisk støt (noen ganger feilaktig kalt hardt støt ), hvis det ikke er absorpsjon av energi, og i dette tilfellet går hver masse med en ny hastighet , eller uelastisk støt (eller til og med mykt støt ), hvis de to gjenstandene er koblet under sjokket å danne et enkelt solid animert med en ny hastighet.

På nivået av deformasjonene som kroppen gjennomgår i kollisjon, er det på energien til deformasjon det er nødvendig å være basert.

Type støt er veldig variert: kollisjoner , slagverk , fall (under håndtering), sjokkbølger (knyttet til eksplosjoner eller jordskjelv ), etc.

Sjokkmekanismer

Sjokkene tilsvarer mesteparten av tiden en kollisjon , men det er ikke systematisk. Faktisk er enhver mekanisk handling som plutselig endres i intensitet, en kilde til akselerasjonsdiskontinuitet. Det kan for eksempel være:

et elektromagnetisk felt som dukker opp eller forsvinner (forsyningskretsen til en spole åpnes eller lukkes);
kontakt med væske, for eksempel en katastrofal vannlanding eller en leilighet under et dykk ;
en kam med skarp vinkel: det er allerede vals / kamkontakt, så det er ingen kollisjon strengt tatt, selv om det kan betraktes som at valsen kolliderer med den skrå delen av kammen;
virkningen av en kabel, for eksempel den plutselige starten av en vinsj , eller handlingen av tauet som holder klatrerens fall ;
nødbremsing av en maskin: Noen mekaniske maskiner må stoppe på veldig kort tid (vanligvis mindre enn et sekund), hvor reaksjonshastigheten forhindrer kroppsskade eller forverring av den, for eksempel i tilfelle av en person som blir fanget av en mekanisme; delene av mekanismen blir deretter utsatt for et støt;
en plutselig trykkendring; for eksempel i tilfelle sprengning av en bombe utsettes et legeme (objekt eller levende vesen) for et plutselig overtrykk på siden av eksplosjonen, mens det motsatte ansiktet forblir ved atmosfærisk trykk, forskjellen mellom de to forårsaker en kraft som kan banke eller drive gjenstanden ( sekundær sprengning ); og når trykktoppen passerer over objektet, kan forskjellen mellom det ytre trykket og det indre trykket også forårsake skade ( primær eksplosjon );
en plutselig endring i strømmen av en væske, slik som en plutselig åpning eller lukking av en ventil; vi snakker om vannhammer .

Hvis støtet skyldes en kontakthandling, beholder deler av kroppen langt fra kontaktsonen sin opprinnelige hastighet, i samsvar med treghetsprinsippet. Kontaktsonen går i en annen hastighet enn resten av kroppen, vi er derfor i nærvær av en lokal deformasjon. Dette resulterer i dannelsen av en kompresjonsbølge som vil forplante akselerasjonen til kroppen igjen er i likevekt, det vil si til alle punktene går til den nye hastigheten.

Sjokkskader

Det må skilles mellom to typer skader: skader knyttet til kontakthandlinger og skader knyttet til akselerasjon.

Et sjokk som er en brutal akselerasjon, det er nødvendigvis en brutal mekanisk handling. Når det er en kontakthandling, kan denne handlingen i seg selv skape skade. Denne skaden er i stor grad relatert til kontakttrykket ; en måte å redusere denne skaden på er å øke kontaktflaten. Slik unngås skarpe vinkler til fordel for avfasninger eller avrundinger ; bilfronter er nå designet for å ha avrundede former for å redusere skader på fotgjengere og tohjulinger.

Akselerasjon skaper et dynamisk kraftfelt som kan skape skade. For eksempel, under en bilulykke, kan den plutselige retardasjonen føre til at organ rives.

Støtdemping

Dempingen av et støt består vanligvis av to deler:

en elastisk del, som har den effekten at overgangstiden mellom hastigheter forlenges, og derfor reduserer akselerasjonsverdien;
vi kan ta et eksempel på fallet på en trampoline , tiden som skiller kontaktstarten og kanselleringen av hastigheten (lav posisjon) er i størrelsesorden 0,2 s , mye større enn stopptiden når 'vi hopper hardt på bakke
en energidissipasjonsdel, hvis formål er å unngå en rebound-effekt;
dette er generelt friksjonsfenomener, ofte flytende friksjon , viskositet , noen ganger irreversible deformasjonsfenomener: plastisk deformasjon av en del (f.eks. i tilfelle deformasjon av understellet til en bil i tilfelle en kollisjon) eller brudd (for eksempel det stive skummet av en tohjuls hjelm som absorberer sjokket ved å krasje).

For eksempel er tauene som brukes i klatring såkalte " dynamiske " tau , som strekker seg rundt 20% under et fall, og reduserer derfor akselerasjonsverdien og dermed skaden på klatreren. Mattene beregnet på mottak av fall i idrettsøvelsene (hopp, gymnastikk, tatami ) er et annet eksempel på elastisk demping; tykke skummatter har også avledning (passering av luft gjennom porene).

Å forstå mekanismene for skader under en ulykke har endret biler betydelig , i retning av bedre demping. Dermed gikk vi fra veldig stive kjøretøyer, derfor med svært lav demping, til kjøretøyer der arket "bøyes" under støtet for å spre energien. Den tidligere massive støtfangeren har blitt et enkelt plastskall ment mer for å forhindre riper og beskytte fotgjengere. I en bilulykke, er formålet med den setebeltet er for å unngå en kollisjon mellom personen og kupeen (eller bakken i tilfelle av utstøtnings). Skaden er da begrenset til virkningene av beltets kontaktvirkning (beltetraumer: brannskader, ribbeinsbrudd) og retardasjon (piskesmyt, indre organer rives, hjernesjokk mot kranialboksen) - så lenge deformasjonen av bilen forblir moderat. Videre reduserer den plastiske deformasjonen av arket og den elastiske deformasjonen av beltet akselerasjonen kroppen gjennomgår.

Plutselige variasjoner i veien (jettegryter, solbær, fartshumper) forårsaker støt. De dekkene og suspensjoner gjør at disse sjokkene å bli absorbert, både for komforten til passasjerene, men fremfor alt for å holde god kontakt med veien. Den elastiske delen er sikret ved kompresjon av dekkene og fjærene, den dissipative delen er sikret av støtdempere .

Støtdempende materialer: Alphagel , Betagel .

Oppførsel av faste materialer ved støt

Den mekaniske oppførselen til faste materialer avhenger mye av temperaturen T og belastningshastigheten . Avhengig av materialet og slagforholdene , kan materialet ha duktil , viskoplastisk eller sprø oppførsel , med forskjellige energispredningsmodi: ${\ dot {\ varepsilon}}$

elastisk deformasjon (i alle tilfeller): vibrasjoner , støy;
plastisk eller viskoplastisk deformasjon: endelig deformasjon og frigjøring av varme;
bryte opp .

Når deformasjonshastigheten er veldig høy, typisk når den relative hastigheten til de to legemene er høy, passerer materialene generelt inn i det sprø domene, og den viktigste spredningsmåten er brudd . Vi snakker da om innvirkning .

Se også

Relaterte artikler