Digamos que estaba tratando de diseñar un acolchado para absorber impactos utilizando polímeros o materiales similares, como el caucho. Tengo una buena comprensión de cualquier física relevante, muy probablemente, pero no sabría por dónde empezar a calcular el grado de impacto que puede absorber un material en función de las dimensiones, densidad, propiedades, velocidad, fuerzas, etc. de o actuando sobre el material. Tenga en cuenta los siguientes puntos:
déjame suponer que hay una fuerza debido al impacto de la masa de un objeto que cae (M) desde cierta altura-h
Una vez que golpea el acolchado, continúa descendiendo una cantidad (u) hasta que se absorbe toda la energía del impacto. Si conoce la masa de la estructura que cae, puede calcular la tensión requerida para detenerla. La deformación de la estructura, a través de la distancia (h) está determinada por la deformación elástica de la estructura sobre la que cae. Presumo que, una vez que se exceda el límite elástico de la estructura, la estructura fallará, probablemente por pandeo, o ciertamente por deformación plástica. Ciertamente puede haber una gran cantidad de absorción de energía a través de la deformación plástica, pero calcularemos las fuerzas, hasta el límite proporcional, esta desviación u después de que la masa contacta la estructura, deforma la estructura en una cantidad que depende de la rigidez de la estructura. estructura. Tratar la estructura como un resorte de rigidez k.
la rigidez del resorte usando: F=K*u Si dividimos por el área de la sección transversal, obtenemos:
F/A=k/a*u
Obtenemos una relación entre u, la altura/grosor del relleno, L, y la deformación, ε:
U= εL tenemos la desviación del acolchado, bajo la influencia de una fuerza, F, podemos relacionar la energía del impacto con las deformaciones para extraer la fuerza del impacto, F. Para detener la masa que cae debemos absorber toda la energía de esa masa. La masa cae a una altura total de caída de h+u, por lo que la energía que debe absorber viene dada por:
U=mg(h+u) Reemplazar u por εL
U=mg(h+ εL)
Esta energía es absorbida por la deformación de la estructura, aproximadamente hasta el límite elástico.
U(elástica)=1/2*σ* ε*A*L
σ = F/A
mg(h+ εL)= 1/2*F/A* ε*A*L
si simplificamos eliminando A, multiplicamos por 2 y dividimos entre ε y L, obtenemos
F=2*m*g((d/εL)+1)
Esta es la fuerza de impacto anticipada para deformaciones hasta un valor elegido. Es razonable suponer que las deformaciones que están muy cerca de ceder representan el final de la deformación recuperable. la notación * indica multiplicación (producto).
Nurul