miniatura|Prova de xoc explosiu d'un vaixell de guerra En mecànica i física, un xoc és una acceleració sobtada i transitòria causada, per exemple, per un impacte, una caiguda, una puntada de peu, un terratrèmol o una explosió. Un xoc mecànic normalment consisteix en un esdeveniment d'acceleració de curta durada i gran magnitud que pot causar deformació estructural o fallada en els components.NASA Technical Standard NASA-STD-7003: Load Analyses of Spacecraft and Payloads, NASA, 2012.

El xoc descriu la matèria sotmesa a taxes de força extremes respecte al temps. El xoc és un vector que té unitats d'acceleració (taxa de canvi de velocitat). La unitat g (o g) representa múltiples de l'acceleració estàndard de la gravetat i s'utilitza convencionalment.Un pols de xoc es pot caracteritzar per la seva acceleració màxima, la durada i la forma del pols de xoc (semisinusoïdal, triangular, trapezoïdal, etc.). L'espectre de resposta al xoc és un mètode per avaluar més a fons un xoc mecànic.

Mesura La mesura de xocs és d'interès en diversos camps com ara

Propagació del xoc al taló a través del cos d'un corredor Mesurar la magnitud d'un xoc necessari per causar danys a un objecte: fragilitat.ASTM D3332-99(2010) Standard Test Methods for Mechanical-Shock Fragility of Products, Using Shock Machines Mesurar l'atenuació de xocs a través de paviments esportiusASTM F1543-96(2007) Standard Specification for Shock Attenuation Properties of Fencing Surfaces Mesura de l'eficàcia d'un amortidor Mesura de la capacitat d'absorció d'impactes de l'amortiment del paquetASTM D1596-14 Standard Test Method for Dynamic Shock Cushioning Characteristics of Packaging Material Mesurar la capacitat d'un casc esportiu per protegir les personesASTM F429-10 Standard Test Method for Shock-Attenuation Characteristics of Protective Headgear for Football Mesurar l'eficàcia dels suports de xoc Determinació de la capacitat de les estructures per resistir xocs sísmics: terratrèmols, etc.ASTM STP209 Design and Tests of Building Structures: Symposiums on Seismic and Shock Loading Glued Laminated and Other Constructions. Determinació de si el teixit de protecció individual atenua o amplifica els xocs Verificació que un vaixell de l'armada i el seu equipament poden sobreviure a xocs explosius"MIL-S-901D (NAVY), MILITARY SPECIFICATION: SHOCK TESTS. H.I. (HIGH-IMPACT) SHIPBOARD MACHINERY, EQUIPMENT, AND SYSTEMS, REQUIREMENTS FOR"

Els xocs se solen mesurar amb acceleròmetres, però també s'utilitzen altres transductors i imatges d'alta velocitat. Hi ha disponible una àmplia varietat d' instrumentació de laboratori; també s'utilitzen registradors de dades de xocs autònoms.

Els xocs de camp són molt variables i sovint tenen formes molt desiguals. Fins i tot els xocs controlats al laboratori sovint tenen formes desiguals i inclouen pics de curta durada; el soroll es pot reduir mitjançant un filtratge digital o analògic adequat.ASTM D6537-00(2014) Standard Practice for Instrumented Package Shock Testing For Determination of Package Performance

Els mètodes i especificacions de prova que regeixen proporcionen detalls sobre la realització de les proves de xoc. La col·locació adequada dels instruments de mesura és fonamental. Els articles fràgils i els productes envasats responen amb variació a xocs de laboratori uniformes;ASTM Research Report D10-1004, ASTM International Sovint es requereixen proves repetides. Per exemple, el mètode MIL-STD-810 G 516.6 indica: almenys tres vegades en ambdues direccions al llarg de cadascun dels tres eixos ortogonals.

Assajos miniatura|Contenidor d'enviament militar sotmès a proves de caiguda Les proves de xoc normalment es divideixen en dues categories: proves de xoc clàssiques i proves de piroscoc o xoc balístic. Les proves de xoc clàssiques consisteixen en els següents impulsos de xoc: semisinus, haversinus, ona de dent de serra i trapezoïdal. Les proves de piroscoc i xoc balístic són especialitzades i no es consideren xocs clàssics. Els xocs clàssics es poden realitzar en agitadors electrodinàmics (ED), torres de caiguda lliure o màquines de xoc pneumàtiques. Es crea un impuls de xoc clàssic quan la taula de la màquina de xoc canvia de direcció bruscament. Aquest canvi brusc de direcció provoca un canvi de velocitat ràpid que crea l'impuls de xoc. De vegades es realitzen proves dels efectes del xoc en aplicacions d'ús final: per exemple, proves de xoc d'automòbils.

L'ús de mètodes de prova adequats i de protocols de verificació i validació és important per a totes les fases de les proves i l'avaluació.

Efectes Un xoc mecànic pot danyar un objecte (per exemple, una bombeta sencera) o un element de l'objecte (per exemple, un filament d'una bombeta incandescent):

Un objecte fràgil o trencadís es pot fracturar. Per exemple, dues copes de vi de cristall es poden trencar quan s'impacten l'una contra l'altra. Un passador de cisallament en un motor està dissenyat per fracturar-se amb una magnitud de xoc específica. Cal tenir en compte que un material dúctil tou de vegades pot presentar una fallada fràgil durant el xoc a causa de la superposició de temps-temperatura. Un objecte mal·leable es pot doblegar per un xoc. Per exemple, una gerra de coure es pot doblegar quan cau a terra. Alguns elements poden semblar que no han estat danyats per un sol xoc, però experimentaran una fallada per fatiga amb nombrosos xocs de baixa intensitat repetits. Un xoc pot causar només danys menors que poden no ser crítics per al seu ús. Tanmateix, els danys menors acumulatius de diversos xocs acabaran fent que l'objecte quedi inutilitzable. Un xoc pot no produir danys aparents immediats, però pot escurçar la vida útil del producte: la fiabilitat es redueix. Un xoc pot fer que un element es desajusti. Per exemple, quan un instrument científic de precisió se sotmet a un xoc moderat, una bona pràctica metrològica pot ser recalibrar-lo abans de tornar-lo a utilitzar. Alguns materials, com ara els explosius primaris d'alta potència, poden detonar amb xocs mecànics o impactes. Quan cauen o es sotmeten a cops a ampolles de vidre amb líquid, l'efecte del cop d'ariet pot causar la ruptura hidrodinàmica del vidre.

Consideracions Quan les proves de laboratori, l'experiència de camp o el criteri d'enginyeria indiquen que un element podria patir danys per un xoc mecànic, es poden considerar diverses mesures:

Reduir i controlar el xoc d'entrada a la font. Modifica l'objecte per millorar-ne la resistència o dóna-li suport per suportar millor els impactes. Utilitzeu amortidors, suports de xoc o coixins per controlar el xoc transmès a l'objecte. L'amortiment redueix l'acceleració màxima allargant la durada del xoc. Planificar per a errors: acceptar certes pèrdues. Disposar de sistemes redundants, etc.

Referències

Categoria:Ciència de materials