С подборкой статей о теории удара и об ударной нагрузке можно ознакомиться здесь: ссылка
Удар - совокупность явлений, которые возникают при столкновении твёрдых тел, или при некоторых видах взаимодействия твёрдого тела с жидкостью или газом, и сопровождаются полным или частичным переходом кинетической энергии взаимодействующих систем в энергию их деформации.
Удар - кратковременное взаимодействие тел, механических систем или их частей, продолжительность которого мала по сравнению с периодом основного тона собственных колебаний системы, обусловленное воздействием мгновенных сил, при котором за этот малый промежуток времени резко изменяется режим движения хотя бы одного из них (например, изменяются их скорости).
*Импульсивная нагрузка (Мгновенные силы) - динамическая нагрузка, продолжительность действия которой мала по сравнению с периодом основного тона собственных колебаний системы.
Мгновенными силами могут быть активные силы или реакции мгновенно налагаемых связей.
В последнем случае удар называют неупругим, если наложенные связи сохраняются при дальнейшем движении системы (ударяющее тело продолжает двигаться вместе с ударяемой конструкцией, не отрываясь от него).
Удар называется упругим (вполне или невполне), если за мгновенным наложением связей следует мгновенное снятие связей.
Физическая абстракция
При ударе выполняется закон сохранения импульса и закон сохранения момента импульса, но обычно не выполняется закон сохранения механической энергии.
Предполагается, что за время удара действием внешних сил можно пренебречь, тогда полный импульс тел при ударе сохраняется, в противном случае нужно учитывать импульс внешних сил. Часть энергии обычно уходит на нагрев тел и звук.
Результат столкновения двух тел можно полностью рассчитать, если известно их движение до удара и механическая энергия после удара.
Обычно рассматривают либо абсолютно упругий удар, либо вводят коэффициент сохранения энергии k, как отношение кинетической энергии после удара к кинетической энергии до удара при ударе одного тела о неподвижную стенку, сделанную из материала другого тела. Таким образом, k является характеристикой материала, из которого изготовлены тела, и (предположительно) не зависит от остальных параметров тел (формы, скорости и т. п.).
Если не известны потери энергии, происходит одновременное столкновение нескольких тел или столкновение точечных частиц, то определить однозначно движение тел после удара невозможно. В этом случае рассматривается зависимость возможных углов рассеяния и скоростей тел после удара от начальных условий.
Например, при столкновении двух элементарных частиц рассеяние может произойти лишь в некотором диапазоне углов, определяющемся предельным углом рассеяния. В общем случае решение задачи о столкновении кроме знания начальных скоростей требует дополнительных параметров.
В частном случае это может быть падение груза на конец призматического стержня, другой конец которого закреплен (продольный удар), падение груза на балку, лежащую на опорах (изгибающий удар), и т. п.
В упомянутых частных случаях при продольном ударе за перемещение соответственно нужно считать продольную деформацию стержня , при изгибающем ударе - прогиб балки в ударяемом сечении и т. п.
Примеры ударной нагрузки:
- столкновение двух движущихся в одном или в разных направлениях тел или одного движущегося и другого покоящегося тела (например, падение одного тела на другое):
(падение груза на перекрытие; падение самолёта на сооружение; удары транспортных средств в сооружения; камнепады; удары объектами, приносимыми ураганами)
- быстрое изменение давления на систему:
(взрывные нагрузки и др.)
К взаимодействия твёрдого тела с жидкостью или газом, представляющими собой частный случай удара относятся: удар струи о тело, удар тела с поверхностью жидкости, гидравлический удар, действие взрывной или ударной волны на твёрдое тело и др.
Ударные нагрузки, возникающие от столкновения твёрдых тел действуют в ограниченной (контактной) зоне, а нагрузки, характеризующиеся быстрым изменением давления на тело, распределены по поверхности конструкции.
Общие сведения
Действие ударных сил приводит к значительному изменению за время удара скоростей точек тела, и может приводить к появлению остаточных деформаций, звуковых колебаний, нагреванию тел, изменению механических свойств их материалов, полиморфным и химическим превращениям и др., а при скоростях соударения, превышающих критические, - разрушению тел в месте удара.
В частности, действие ударных сил может приводить к упрочнению механических свойств материалов: опытами установлено, что при действии удара прочностные и деформативные характеристики строительных материалов (ударные пределы прочности и текучести, ударные модули упругости) значительно выше, чем при действии неударных сил. Отношения ударных значений характеристик материалов к их статическим значениям тем выше, чем больше скорость деформирования и чем меньше статические значения пределов прочности или текучести, а также модулей упругости данного материала.
При ударном нагружении многие материалы, которые при статическом нагружении были пластичными, работают как хрупкие: это в сильной степени зависит от состава и структуры материала тела, скорости нагружения, температуры и концентрации напряжений.
В машиностроении в качестве материала для изготовления деталей, которые подвергаются удару в работе, выбирают материалы с большой вязкостью.
Ударная вязкость – способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформирования и разрушения под действием ударной нагрузки.
Ударная вязкость - механическая характеристика материала, оценивающая сопротивление его хрупкому разрушению.
Ударная вязкость – механическая характеристика материала, соответствующая отношению работы разрушения при ударном изгибе образца к начальной площади его конечного сечения в плоскости излома (например, надрезанного образца при испытаниях образца на маятниковом копре при ударном изгибе в результате воздействия маятника).
Ударная вязкость материала снижается при уменьшении температуры, что позволяет оценивать его склонность к хрупкому разрушению.