임팩트(기전)

Impact (mechanics)
머리 충격은 뇌진탕을 일으킬 수 있다. 스포츠 헬멧은 뇌 손상을 예방하는 데 도움이 된다.[1]

역학에서 임팩트는 두 개 이상의 신체가 충돌할 때 짧은 시간에 걸쳐 가해지는 높은 힘이나 충격이다. 그러한 힘이나 가속은 대개 비례적으로 긴 기간에 걸쳐 가해지는 낮은 힘보다 더 큰 영향을 미친다. 그 효과는 신체가 서로 상대적인 속도에 따라 결정적으로 달라진다.

정상 속도에서, 완벽하게 비탄성적인 충돌 동안, 발사체에 부딪힌 물체는 변형될 것이고, 이러한 변형은 충돌의 힘의 대부분 또는 전부를 흡수할 것이다. 에너지 관점 보존에서 볼 때, 충돌한 물체에서 유도된 변형과 진동에 의해 발사체의 운동에너지가 열과 음에너지로 변화된다. 그러나 이러한 변형과 진동은 즉각적으로 발생할 수 없다. 고속 충돌(충돌)은 이러한 변형과 진동이 일어나기에 충분한 시간을 제공하지 못한다. 따라서 타격된 물질은 그렇지 않은 경우보다 더 부서지기 쉬운 것처럼 행동하며, 작용하는 힘의 대다수가 물질을 파쇄하는 데 들어간다. 혹은, 그것을 보는 또 다른 방법은 재료가 실제로 긴 시간 척도보다 짧은 시간 척도에서는 더 잘 부서진다는 것이다: 이것은 시간 온도 중첩과 관련이 있다. 충격 저항은 탄성 계수의 증가에 따라 감소하며, 이는 보다 단단한 재료가 충격 저항력을 덜 갖게 됨을 의미한다. 탄성 물질은 충격 저항성이 더 좋아질 것이다.

정적 하중 조건과 비교할 때 서로 다른 재료는 충격에서 상당히 다른 방식으로 동작할 수 있다. 강철과 같은 연성 재료는 높은 하중 비율에서 더 깨지기 쉬우며, 용입이 발생하지 않을 경우 충격의 반대쪽에서 폭음이 발생할 수 있다. 이 구간을 통해 운동에너지가 분배되는 방식도 그 반응을 결정하는 데 중요하다. 발사체는 충격 지점에서 헤르츠 접촉 응력을 고체 신체에 가하며, 그 지점 아래에 압축 응력을 가하지만 단거리에서 휨 부하를 가한다. 대부분의 소재는 압축보다 장력이 약하기 때문에 균열이 생기고 커지는 경향이 있는 영역이다.

적용들

말뚝 드라이버가 있는 크레인
1⁄2 인치(12.7 mm) 구동 피스톨 공기 충격 렌치

못은 일련의 충격으로 각각 망치 한 방에 박힌다. 이러한 고속 충격은 못과 기질 사이의 정적 마찰을 극복한다. 훨씬 더 큰 규모에서 건물과 교량기반을 만들기 위해 토목공사 중에 흔히 사용되는 방식이지만, 말뚝 운전자는 같은 목적을 달성한다. 임팩트 렌치는 볼트를 조이거나 느슨하게 하기 위해 볼트에 토크 충격을 주도록 설계된 장치다. 정상 속도에서 볼트에 가해지는 힘은 마찰을 통해 접합 나사산에 분산된다. 그러나 충격 속도에서는 힘이 분산되기 전에 볼트에 작용하여 볼트를 이동시킨다. 탄도학에서 총알은 충격력을 이용하여 상당한 힘을 견딜 수 있는 표면을 뚫는다. 예를 들어 고무 시트는 일반적인 총알 속도에서 유리처럼 작용한다. 즉, 골절되고, 늘어나거나 진동하지 않는다.

충격 이론의 적용 분야는 재료 처리의 최적화, 충격 시험, 세분화된 미디어의 역학에서부터 인체의 생체역학, 특히 고관절과 무릎 관절과 관련된 의료 응용에 이르기까지 다양하다.[2] 또한, 그것은 자동차와 군사 산업에서 광대한 응용을 가지고 있다.[3]

손상을 유발하는 충격

아틀란티스로부터 받은 RCC 패널로 만든 우주 왕복선 선행 모서리의 실물 크기 모형화
전복 사고에 연루된 쉐보레 말리부

도로 교통사고는 보통 충격 하중을 수반하는데, 예를 들어 자동차가 교통 볼라드, 수전 또는 나무를 들이 받았을 때, 충격 구역으로 지역화된다. 차량이 충돌할 경우 차량의 상대속도에 따라 손상이 증가하는데, 중요도 변수인 충격운동에너지(1/2mv2)이기 때문에 속도의 사각형에 따라 손상이 증가한다. 사용자 부상을 최소화하기 위해 자동차의 충격 저항성을 개선하기 위해 많은 설계 노력을 기울이고 있다. 예를 들어 운전자와 승객을 안전 셀에 둘러싸는 방법 등 여러 가지 방법으로 달성할 수 있다. 셀이 강화되어 고속 충돌 시 살아남을 수 있으며, 따라서 사용자를 보호한다. 세포 바깥의 신체 껍질 부분은 충격에 의해 소멸되어야 하는 대부분의 운동에너지를 흡수하면서 점진적으로 구겨지도록 설계된다.

다양한 충격 시험을 사용하여 제품 및 표준 재료 슬래브에 대한 높은 하중의 영향을 평가한다. Charpy 테스트와 Izod 테스트는 테스트 재료에 널리 사용되는 표준화된 방법의 두 가지 예다. 볼 또는 발사체 낙하 시험은 제품 충격 평가에 사용된다.

콜롬비아 재난은 폴리우레탄 거품 덩어리가 우주 왕복선의 탄소 섬유 복합 날개와 충돌했을 때 충격 손상에 의해 야기되었다. 참사 이전까지 실험이 이뤄졌지만 부스터 로켓에서 떨어져 노출된 날개에 부딪힌 덩어리보다 실험 덩어리가 훨씬 작았다.

깨지기 쉬운 물건이 선적되면 충격과 낙하가 제품 손상을 일으킬 수 있다. 보호 포장 및 쿠셔닝은 충격이나 충격의 지속시간을 연장하여 피크 가속도를 줄이는 데 도움이 된다.[4]

참고 항목

참조

  1. ^ Consumer Product Safety Commission. "Safety Standard for Bicycle Helmets" (PDF). Final Rule 16 CFR Part 1203. Archived from the original (PDF) on 24 September 2006. Retrieved 3 December 2014.
  2. ^ Willert, Emanuel (2020). Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin: Grundlagen und Anwendungen (in German). doi 10.1007/978-3-662-60296-6: Springer Vieweg. doi:10.1007/978-3-662-60296-6. ISBN 978-3-662-60295-9.{{cite book}}: CS1 maint: 날짜 및 연도(링크) CS1 maint: 위치(링크)
  3. ^ Islam, Muhammed Kamrul; Hazell, Paul J.; Escobedo, Juan P.; Wang, Hongxu (July 2021). "Biomimetic armour design strategies for additive manufacturing: A review". Materials & Design. 205: 109730. doi:10.1016/j.matdes.2021.109730.
  4. ^ "Package Cushioning Design". MIL-HDBK 304C. DoD. 1997. {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)

원천

  • W. (1960년) 골드스미스. 영향: ISBN 0-486-42004-3 고형도버 출판물의 충돌 이론과 물리적 거동
  • Poursartip, A. (1993) 복합 기술 및 연구 저널, 15(1)의 높은 속도에서 계측된 충격 시험.
  • 토로포프, AI(1998년). 충격 시험 계측기의 동적 보정, 시험 및 평가 저널, 24(4)