27.5 : Obciążenie udarowe

Obciążenie udarowe ma miejsce, gdy poruszający się obiekt zderza się ze stacjonarną konstrukcją, taką jak pręt o jednolitym polu przekroju poprzecznego zamocowany na jednym końcu. W tych warunkach pręt pochłania energię kinetyczną uderzającego obiektu, co prowadzi do odkształcenia i późniejszego powstania naprężeń. Gdy pręt powraca do swojej pierwotnej pozycji i osiąga maksymalne naprężenie, pochłonięta energia, początkowo objawiająca się jako energia kinetyczna, przekształca się całkowicie w energię odkształcenia.

W przypadku odkształcenia sprężystego, gdy materiał powraca do pierwotnego kształtu bez trwałego uszkodzenia, energia odkształcenia zgromadzona w punkcie maksymalnego odkształcenia jest równa energii kinetycznej poruszającego się obiektu. Ta równoważność zakłada, że ​​żadna energia nie jest tracona na ciepło lub odbicie, co jest idealizacją, która zwykle nie występuje w praktycznych środowiskach. Z tej zależności można wyprowadzić maksymalne naprężenie doświadczane przez pręt w oparciu o prędkość i masę uderzającego obiektu oraz moduł sprężystości pręta.

Założenia przyjęte w tej analizie prowadzą do konserwatywnego podejścia do projektowania inżynierskiego, zapewniając, że konstrukcje wytrzymają nieoczekiwane siły. Podejście to często skutkuje nadmiernym projektowaniem, włączaniem czynników bezpieczeństwa w celu uwzględnienia strat energii i innych dynamiki nieobjętych modelem teoretycznym.