Choque (mecánica)

Aceleración transitoria repentina

Prueba de choque explosivo de un buque de guerra

En mecánica y física , un choque es una aceleración repentina provocada, por ejemplo, por un impacto , una caída, una patada, un terremoto o una explosión . El shock es una excitación física transitoria.

El shock describe la materia sujeta a índices de fuerza extremos con respecto al tiempo. El choque es un vector que tiene unidades de aceleración (tasa de cambio de velocidad). La unidad g (o g ) representa múltiplos de la aceleración estándar de la gravedad y se utiliza convencionalmente.

Un pulso de choque se puede caracterizar por su aceleración máxima, la duración y la forma del pulso de choque (semisinusoidal, triangular, trapezoidal, etc.). El espectro de respuesta al choque es un método para evaluar más a fondo un choque mecánico. ^[1]

Medición de impacto

La medición de impactos es de interés en varios campos como

• Propagación del impacto del talón a través del cuerpo de un corredor ^[2]
• Medir la magnitud de un choque necesario para causar daño a un artículo: fragilidad . ^[3]
• Mida la atenuación de impactos a través de suelos deportivos ^[4]
• Medición de la eficacia de un amortiguador ^[5]
• Medición de la capacidad de absorción de impactos del acolchado del paquete ^[6]
• Mide la capacidad de un casco deportivo para proteger a las personas ^[7]
• Medir la efectividad de los amortiguadores
• Determinar la capacidad de las estructuras para resistir golpes sísmicos: terremotos, etc. ^[8]
• Determinar si el tejido de protección personal atenúa o amplifica los impactos ^[9]
• Verificar que un buque naval y su equipo puedan sobrevivir a choques explosivos ^{[10] [11]}

Los impactos generalmente se miden con acelerómetros , pero también se utilizan otros transductores e imágenes de alta velocidad. ^[12] Se encuentra disponible una amplia variedad de instrumentos de laboratorio; También se utilizan registradores de datos de impacto independientes .

Los choques de campo son muy variables y a menudo tienen formas muy desiguales. Incluso las descargas controladas en laboratorio suelen tener formas desiguales e incluyen picos de corta duración; El ruido se puede reducir mediante un filtrado digital o analógico adecuado. ^{[13] [14]}

Los métodos de prueba y las especificaciones que rigen proporcionan detalles sobre la realización de pruebas de choque. La ubicación adecuada de los instrumentos de medición es fundamental. Los artículos frágiles y los bienes envasados ​​responden con variación a los choques uniformes de laboratorio; ^[15] A menudo se requieren pruebas repetidas. Por ejemplo, MIL-STD-810 G Método 516.6 indica: al menos tres veces en ambas direcciones a lo largo de cada uno de los tres ejes ortogonales".

Prueba de choque

Contenedor de envío militar sometido a prueba de caída

Las pruebas de choque generalmente se dividen en dos categorías: pruebas de choque clásicas y pruebas de piroshock o choque balístico. La prueba de choque clásica consta de los siguientes impulsos de choque: semiseno , haversine, onda en diente de sierra y trapezoide . Las pruebas de piroshock y de choque balístico son especializadas y no se consideran choques clásicos. Los choques clásicos se pueden realizar en agitadores electrodinámicos (ED), torres de caída libre o máquinas de choque neumáticas. Un impulso de choque clásico se crea cuando la mesa de la máquina de choque cambia bruscamente de dirección. Este cambio abrupto de dirección provoca un rápido cambio de velocidad que crea el impulso de choque. A veces se realizan pruebas de los efectos del impacto en aplicaciones de uso final: por ejemplo, pruebas de choque automovilístico .

El uso de métodos de prueba y protocolos de verificación y validación adecuados es importante para todas las fases de prueba y evaluación.

Efectos del shock

La descarga mecánica tiene el potencial de dañar un artículo (p. ej., una bombilla entera ) o un elemento del artículo (p. ej., un filamento de una bombilla incandescente ):

• Un artículo quebradizo o frágil puede fracturarse. Por ejemplo, dos copas de vino de cristal pueden romperse al chocar entre sí. Un pasador de seguridad en un motor está diseñado para fracturarse con una magnitud específica de impacto. Tenga en cuenta que un material dúctil blando a veces puede presentar una falla frágil durante el choque debido a la superposición de tiempo y temperatura .
• Un objeto maleable puede doblarse debido a un impacto. Por ejemplo, una jarra de cobre puede doblarse al caer al suelo.
• Es posible que algunos elementos parezcan no haber sido dañados por un solo impacto, pero experimentarán fallas por fatiga con numerosos impactos repetidos de bajo nivel.
• Una descarga eléctrica puede provocar sólo daños menores que pueden no ser críticos para su uso. Sin embargo, la acumulación de daños menores causados ​​por varios impactos eventualmente hará que el artículo quede inutilizable.
• Es posible que un impacto no produzca un daño aparente inmediato, pero podría acortar la vida útil del producto: se reduce la confiabilidad .
• Un impacto puede provocar que un elemento se desajuste. Por ejemplo, cuando un instrumento científico de precisión se somete a un impacto moderado, una buena práctica de metrología puede ser recalibrarlo antes de seguir utilizándolo.
• Algunos materiales, como los explosivos primarios de alta potencia, pueden detonar con choque o impacto mecánico.
• Cuando las botellas de vidrio con líquido se caen o se someten a golpes, el efecto de golpe de ariete puede provocar la rotura hidrodinámica del vidrio. ^[dieciséis]

Consideraciones

Cuando las pruebas de laboratorio, la experiencia de campo o el criterio de ingeniería indican que un artículo podría dañarse por un choque mecánico, se pueden considerar varios cursos de acción: ^[17]

• Reducir y controlar el impacto de entrada en la fuente.
• Modifique el artículo para mejorar su dureza o apóyelo para soportar mejor los golpes.
• Utilice amortiguadores , soportes de choque o cojines para controlar el impacto transmitido al artículo. La amortiguación ^[18] reduce la aceleración máxima al extender la duración del choque.
• Plan para los fracasos: aceptar ciertas pérdidas. Disponer de sistemas redundantes, etc.

Ver también

• coeficiente de restitución  – Relación que caracteriza las colisiones inelásticas
• Acolchado  – Embalaje protectorPáginas que muestran descripciones breves de los objetivos de redireccionamiento
• Colisión elástica  : colisión en la que se conserva la energía cinética.
• Mecánica de fracturas  – Estudio de propagación de grietas en materiales.
• Tenacidad a la fractura  : factor de intensidad de tensión en el que la propagación de una grieta aumenta drásticamente
• Fuerza g  : término para las aceleraciones que se sienten como peso en múltiplos de la gravedad estándar.
• Impacto (mecánica)  : gran fuerza o impacto aplicado durante un corto período de tiempo durante una colisión a alta velocidad.
• Jerk (física)  : tasa de cambio de aceleración con el tiempo
• Pruebas modales
• Colisión plástica  : colisión en la que se pierde energía en forma de calor.Páginas que muestran descripciones breves de los objetivos de redireccionamiento
• piroshock
• Espectro de respuesta
• Soporte de choque  : dispositivo utilizado para aislar vibraciones.
• Registrador de datos de impacto
• Detector de choque  : indicador de choque físico o impacto.
• Onda de choque  : perturbación que se propaga
• Choque térmico  : carga causada por un cambio rápido de temperatura.
• Vibración  : oscilaciones mecánicas alrededor de un punto de equilibrio.
• Golpe de ariete  : aumento de presión cuando un fluido se ve obligado a detenerse o cambiar de dirección repentinamente
• MIL-S-901
• MIL-STD-810  – Norma militar Sección 516.6, Choque

Notas

1. Alejandro, J. Edward (2009). "El espectro de respuesta al impacto: introducción" (PDF) . Actas del IMAC-XXVII, 9 al 12 de febrero de 2009 Orlando, Florida, EE. UU . Sociedad de Mecánica Experimental. Archivado desde el original (PDF) el 4 de marzo de 2016.
2. Dickensen, JA (1985). "La medición de las ondas de choque tras el golpe del talón mientras se corre". Revista de Biomecánica . 18 (6): 415–422. doi :10.1016/0021-9290(85)90276-3. PMID  4030798.
3. ASTM D3332-99 (2010) Métodos de prueba estándar para la fragilidad de productos por impacto mecánico, utilizando máquinas de impacto
4. ASTM F1543-96 (2007) Especificación estándar para las propiedades de atenuación de impactos de superficies de cercas
5. Walen, AE (1995). "Caracterización de amortiguadores para simulación de vehículos terrestres". JTE . 23 (4). ASTM Internacional. ISSN  0090-3973.
6. Método de prueba estándar ASTM D1596-14 para las características de amortiguación dinámica de impactos del material de embalaje
7. Método de prueba estándar ASTM F429-10 para las características de atenuación de impactos de cascos protectores para fútbol
8. ASTM STP209 Diseño y pruebas de estructuras de construcción: simposios sobre cargas sísmicas y de choque, laminadas encoladas y otras construcciones.
9. Gibson, PW (1983). "Amplificación de Ondas de Choque por Materiales Textiles" (PDF) . Instituto Textil J. 86 (1): 167–177. Archivado desde el original (PDF) el 27 de diciembre de 2016 . Consultado el 14 de febrero de 2015 .
10. Criterios de diseño de choque para buques de superficie (PDF) , vol. NAVSEA-908-LP-000-3010, Marina de los EE. UU., 1995, archivado desde el original (PDF) el 14 de febrero de 2015 , consultado el 14 de febrero de 2015
11. "MIL-S-901D (MARINA), ESPECIFICACIÓN MILITAR: PRUEBAS DE CHOQUE. MAQUINARIA, EQUIPOS Y SISTEMAS A BORDO DE ALTO (ALTO IMPACTO), REQUISITOS PARA"
12. Settles, Gary S. (2006), Imágenes de alta velocidad de ondas de choque, explosiones y disparos , vol. 94, científico estadounidense, págs. 22-31
13. ASTM D6537-00 (2014) Práctica estándar para pruebas de choque de paquetes instrumentados para determinar el rendimiento del paquete
14. Kipp, WI (febrero de 2002), INSTRUMENTACIÓN para PRUEBAS DE RENDIMIENTO DE PAQUETES (PDF) , Dimensiones.02, Asociación Internacional de Tránsito Seguro, archivado desde el original (PDF) el 7 de febrero de 2015 , consultado el 5 de febrero de 2015
15. Informe de investigación de ASTM D10-1004, ASTM Internacional
16. Saitoh, S (1999). "Rotura por golpe de ariete de un recipiente de vidrio". Revista Internacional del Vidrio . Faenza Editrice. ISSN  1123-5063.
17. Burgess, G (marzo de 2000). "Extensión y evaluación del modelo de fatiga para la fragilidad por impacto del producto utilizado en el diseño de envases". J. Pruebas y Evaluación . 28 (2).
18. "Diseño de amortiguación del paquete" (PDF) . Departamento de Defensa. 1997.

Otras lecturas

• DeSilva, CW, "Manual de vibraciones y golpes", CRC, 2005, ISBN 0-8493-1580-8 
• Harris, CM y Peirsol, AG "Manual de golpes y vibraciones", 2001, McGraw Hill, ISBN 0-07-137081-1 
• ISO 18431:2007 - Vibraciones mecánicas y golpes.
• ASTM D6537, Práctica estándar para pruebas de choque de bultos instrumentados para determinar el rendimiento del bulto.
• MIL-STD-810 G, Métodos de prueba ambientales y pautas de ingeniería, 2000, sección 516.6
• Brogliato, B., "Mecánica no suave. Modelos, dinámica y control", Springer London, segunda edición, 1999.

enlaces externos

• Respuesta al choque mecánico, Departamento de Energía, [1]
• Shock Response Spectrum, una introducción, [2]
• Un estudio sobre la aplicación de SRS, [3]