Choque (mecánica)

Aceleración transitoria repentina

Prueba de choque explosivo de un buque de guerra

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

El choque describe la materia sujeta a tasas extremas de fuerza 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 aún más un choque mecánico. ^[1]

Medición de impacto

La medición de impactos es de interés en varios campos, tales 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 objeto: fragilidad . ^[3]
• Medición de 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 de los materiales de relleno de los paquetes ^[6]
• Medir la capacidad de un casco deportivo para proteger a las personas ^[7]
• Medir la eficacia de los soportes amortiguadores
• Determinación de la capacidad de las estructuras para resistir choques sísmicos: terremotos, etc. ^[8]
• Determinar si el tejido de protección personal atenúa o amplifica los impactos ^[9]
• Verificación de que un buque de guerra y su equipamiento pueden sobrevivir a choques explosivos ^{[10] [11]}

Los choques se miden generalmente con acelerómetros , pero también se utilizan otros transductores e imágenes de alta velocidad. ^[12] Hay disponible una amplia variedad de instrumentación de laboratorio; también se utilizan registradores de datos de choque independientes .

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

Los métodos y especificaciones de prueba vigentes proporcionan detalles sobre la realización de pruebas de impacto. La colocación adecuada de los instrumentos de medición es fundamental. Los artículos frágiles y los productos embalados responden de forma variable a impactos uniformes de laboratorio; ^[15] A menudo se requieren pruebas repetidas. Por ejemplo, el método 516.6 de la norma MIL-STD-810 G indica: " al menos tres veces en ambas direcciones a lo largo de cada uno de los tres ejes ortogonales".

Prueba de choque

Contenedor de transporte militar sometido a prueba de caída

Las pruebas de choque generalmente se dividen en dos categorías: pruebas de choque clásicas y pruebas de choque piroshock o balístico. Las pruebas de choque clásicas consisten en los siguientes impulsos de choque: semisinusoidal , haversine, onda de diente de sierra y trapezoidal . Las pruebas de choque piroshock y balístico son especializadas y no se consideran choques clásicos. Los choques clásicos se pueden realizar en vibradores 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 de dirección abruptamente. Este cambio abrupto de dirección provoca un cambio rápido de velocidad que crea el impulso de choque. Las pruebas de los efectos del choque a veces se realizan en aplicaciones de uso final: por ejemplo, pruebas de choque de automóviles .

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

Efectos del shock

El choque mecánico tiene el potencial de dañar un artículo (por ejemplo, una bombilla entera ) o un elemento del artículo (por ejemplo, un filamento en una bombilla incandescente ):

• Un elemento frágil o quebradizo 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 fallas frágiles durante un impacto debido a la superposición de tiempo y temperatura .
• Un objeto maleable puede doblarse si se le aplica un golpe. Por ejemplo, una jarra de cobre puede doblarse si se cae al suelo.
• Algunos artículos pueden parecer que no están dañados por un solo impacto, pero experimentarán fallas por fatiga con numerosos impactos repetidos de bajo nivel.
• Un golpe puede provocar daños menores que no sean críticos para el uso. Sin embargo, la acumulación de daños menores debido a varios golpes puede hacer que el artículo quede inutilizable.
• Un golpe puede no producir un daño aparente inmediato pero puede provocar que se acorte la vida útil del producto: se reduce la fiabilidad .
• Un golpe puede hacer que un elemento se desajuste. Por ejemplo, cuando un instrumento científico de precisión se somete a un golpe moderado, una buena práctica metrológica puede ser calibrarlo nuevamente antes de volver a usarlo.
• Algunos materiales, como los explosivos primarios de alta potencia , pueden detonar por choque o impacto mecánico.
• Cuando las botellas de vidrio que contienen líquido se dejan caer o sufren golpes, el efecto del golpe de ariete puede provocar la rotura hidrodinámica del vidrio. ^[16]

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 podrían considerar varios cursos de acción: ^[17]

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

Véase 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 la 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 que designa las aceleraciones percibidas como peso en múltiplos de la gravedad estándar.
• Impacto (mecánica)  : gran fuerza o choque aplicado durante un corto período de tiempo durante una colisión a alta velocidad.
• Jerk (física)  : tasa de cambio de la 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
• Choque pirotécnico
• Espectro de respuesta
• Soporte amortiguador  : dispositivo utilizado para aislar las vibraciones.
• Registrador de datos de impacto
• Detector de impactos  : indicador de impacto o choque físico
• Onda de choque  : propagación de perturbaciones
• 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, Protección contra golpes

Notas

1. Alexander, J. Edward (2009). "El espectro de respuesta a choques: una introducción" (PDF) . Actas del IMAC-XXVII, 9 al 12 de febrero de 2009, Orlando, Florida, EE. UU . . Society for Experimental Mechanics. Archivado desde el original (PDF) el 4 de marzo de 2016.
2. Dickensen, JA (1985). "La medición de las ondas de choque tras el impacto del talón al correr". Journal of Biomechanics . 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 propiedades de atenuación de impactos en superficies de cercas
5. Walen, AE (1995). "Caracterización de amortiguadores para simulación de vehículos terrestres". JTE . 23 (4). ASTM International. ISSN  0090-3973.
6. Método de prueba estándar ASTM D1596-14 para las características de amortiguación de impactos dinámicos del material de embalaje
7. Método de prueba estándar ASTM F429-10 para las características de atenuación de impactos de los cascos protectores para fútbol
8. ASTM STP209 Diseño y pruebas de estructuras de edificación: simposios sobre cargas sísmicas y de choque en construcciones laminadas encoladas y otras.
9. Gibson, PW (1983). "Amplificación de ondas de choque por materiales textiles" (PDF) . J Textile Institute . 86 (1): 167–177. Archivado desde el original (PDF) el 27 de diciembre de 2016. Consultado el 14 de febrero de 2015 .
10. Shock Design Criteria for Surface Ships (PDF) , vol. NAVSEA-908-LP-000-3010, US Navy, 1995, archivado desde el original (PDF) el 2015-02-14 , consultado el 14 de febrero de 2015
11. "MIL-S-901D (NAVY), ESPECIFICACIÓN MILITAR: PRUEBAS DE CHOQUE. MAQUINARIA, EQUIPOS Y SISTEMAS DE BORDO DE ALTO IMPACTO, REQUISITOS PARA"
12. Settles, Gary S. (2006), Imágenes de alta velocidad de ondas de choque, explosiones y disparos , vol. 94, American Scientist, págs. 22-31
13. ASTM D6537-00(2014) Práctica estándar para pruebas de impacto de paquetes instrumentados para la determinación del rendimiento del paquete
14. Kipp, WI (febrero de 2002), INSTRUMENTACIÓN PARA PRUEBAS DE RENDIMIENTO DE PAQUETES (PDF) , Dimensions.02, International Safe Transit Association, archivado desde el original (PDF) el 2015-02-07 , consultado el 5 de febrero de 2015
15. Informe de investigación ASTM D10-1004, ASTM International
16. Saitoh, S (1999). "Rotura por golpe de ariete de un recipiente de vidrio". International Glass Journal . Faenza Editrice. ISSN  1123-5063.
17. Burgess, G (marzo de 2000). "Extensión y evaluación del modelo de fatiga para la fragilidad de impacto del producto utilizado en el diseño de paquetes". J. Testing and Evaluation . 28 (2).
18. "Diseño de amortiguación de paquetes" (PDF) . Departamento de Defensa de los Estados Unidos. 1997.

Lectura adicional

• DeSilva, CW, "Manual sobre vibraciones y choques", CRC, 2005, ISBN 0-8493-1580-8 
• Harris, CM y Peirsol, AG "Manual sobre vibraciones y choques", 2001, McGraw Hill, ISBN 0-07-137081-1 
• ISO 18431:2007 - Vibraciones mecánicas y choques
• ASTM D6537, Práctica estándar para pruebas de impacto de paquetes instrumentados para la determinación del rendimiento del paquete.
• MIL-STD-810 G, Métodos de prueba ambiental y pautas de ingeniería, 2000, sección 516.6
• Brogliato, B., "Mecánica no suave. Modelos, dinámica y control", Springer Londres, 2ª edición, 1999.

Enlaces externos

• Respuesta a choques mecánicos, Departamento de Energía, [1]
• Espectro de respuesta a choques, una introducción, [2]
• Un estudio sobre la aplicación del SRS, [3]