Choque (mecánica)

En mecánica y física , un choque es una aceleración repentina y transitoria causada, por ejemplo, por un impacto , una caída, una patada, un terremoto o una explosión . Un choque mecánico generalmente consiste en un evento de aceleración de corta duración y gran magnitud que puede causar deformación estructural o falla en los componentes. ^{[ 1 ]}

El choque describe la materia sometida a fuerzas extremas en relación con el tiempo. El choque es un vector cuyas unidades son la aceleración (tasa de cambio de velocidad). La unidad g (o g₀ ) representa múltiplos de la aceleración estándar de la gravedad y es la que se utiliza habitualmente.

Un pulso de choque se puede caracterizar por su aceleración máxima, su duración y su forma (semisinusoidal, triangular, trapezoidal, etc.). El espectro de respuesta al choque es un método para evaluar con mayor detalle un choque mecánico. ^{[ 2 ]}

La medición de choques es de interés en varios campos, como por ejemplo:

• Propagación del impacto del talón a través del cuerpo del corredor ^{[ 3 ]}
• Medir la magnitud de un impacto necesario para causar daño a un objeto: fragilidad . ^{[ 4 ]}
• Medir la atenuación de impactos a través de pisos deportivos ^{[ 5 ]}
• Medición de la efectividad de un amortiguador ^{[ 6 ]}
• Medición de la capacidad de absorción de impactos del embalaje ^{[ 7 ]}
• Medir la capacidad de un casco deportivo para proteger a las personas ^{[ 8 ]}
• Medir la eficacia de los soportes antivibración
• Determinación de la capacidad de las estructuras para resistir choques sísmicos: terremotos, etc. ^{[ 9 ]}
• Determinar si el tejido de protección personal atenúa o amplifica los impactos ^{[ 10 ]}
• Verificar que un buque de la Armada y su equipo pueden sobrevivir a choques explosivos ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Los impactos se suelen medir con acelerómetros , pero también se utilizan otros transductores e imágenes de alta velocidad. ^{[ 13 ]} Existe una amplia variedad de instrumentación de laboratorio; también se utilizan registradores de datos de impacto independientes .

Las perturbaciones de campo son muy variables y a menudo presentan formas muy irregulares. Incluso las perturbaciones controladas en laboratorio suelen tener formas irregulares e incluyen picos de corta duración; el ruido puede reducirse mediante un filtrado digital o analógico adecuado. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

Los métodos y especificaciones de prueba que rigen proporcionan detalles sobre la realización de pruebas de choque. La colocación adecuada de los instrumentos de medición es fundamental. Los artículos frágiles y los productos empaquetados responden de manera variable a los choques uniformes de laboratorio; ^{[ 16 ]} A menudo se requieren pruebas replicadas. Por ejemplo, el método 516.6 de MIL-STD-810 G indica: al menos tres veces en ambas direcciones a lo largo de cada uno de los tres ejes ortogonales .

Las pruebas de choque generalmente se dividen en dos categorías: pruebas de choque clásicas y pruebas de choque pirotécnico o balístico. Las pruebas de choque clásicas consisten en los siguientes impulsos de choque: semisinusoidal , haversine, onda de diente de sierra y trapezoidal . Las pruebas de choque pirotécnico y balístico son especializadas y no se consideran choques clásicos. Los choques clásicos se pueden realizar en vibradores electrodinámicos (ED), torres de caída libre o máquinas de choque neumáticas. Un impulso de choque clásico se crea cuando la mesa de la máquina de choque cambia de dirección abruptamente. Este cambio abrupto de dirección provoca un cambio rápido de velocidad que crea el impulso de choque. A veces, se realizan pruebas de los efectos del choque en aplicaciones de uso final: por ejemplo, pruebas de choque de automóviles . Las pruebas de pavimento se realizan típicamente sometiendo el pavimento a choques mecánicos de un deflectómetro de peso que cae .

El uso de métodos de prueba adecuados y protocolos de verificación y validación es importante en todas las fases de las pruebas y la evaluación.

Un impacto mecánico puede dañar un objeto (por ejemplo, una bombilla entera ) o un elemento del mismo (por ejemplo, un filamento en una bombilla incandescente ):

• Un objeto frágil o quebradizo puede fracturarse. Por ejemplo, dos copas de cristal pueden romperse al chocar entre sí. Un pasador de seguridad en un motor está diseñado para fracturarse con una magnitud específica de impacto. Cabe señalar que un material blando y dúctil puede, en ocasiones, presentar una fractura frágil durante un impacto debido a la superposición de tiempo y temperatura .
• Un objeto maleable puede doblarse por un golpe. Por ejemplo, una jarra de cobre puede doblarse al caer al suelo.
• Algunos artículos pueden parecer intactos tras un solo impacto, pero sufrirán fallos por fatiga tras numerosos impactos repetidos de baja intensidad.
• Un golpe puede provocar daños menores que no afecten su funcionamiento. Sin embargo, la acumulación de daños menores por varios golpes acabará dejando el artículo inservible.
• Un impacto puede no producir daños aparentes inmediatos, pero podría acortar la vida útil del producto: su fiabilidad se ve reducida.
• Un impacto puede provocar que un objeto se desajuste. Por ejemplo, cuando un instrumento científico de precisión sufre un impacto moderado, una buena práctica metrológica recomienda recalibrarlo antes de volver a usarlo.
• Algunos materiales, como los explosivos primarios de alta potencia, pueden detonar con un choque o impacto mecánico.
• Cuando las botellas de vidrio con líquido se caen o se someten a un impacto, el efecto de golpe de ariete puede provocar la rotura hidrodinámica del vidrio. ^{[ 17 ]}

Cuando las pruebas de laboratorio, la experiencia de campo o el juicio de ingeniería indican que un artículo podría dañarse por un choque mecánico, se podrían considerar varios cursos de acción: ^{[ 18 ]}

• Reduzca y controle el impacto en su origen.
• Modifique el artículo para mejorar su resistencia o reforzarlo para que soporte mejor los golpes.
• Utilice amortiguadores , soportes de amortiguación o cojines para controlar el impacto transmitido al objeto. La amortiguación ^{[ 19 ]} reduce la aceleración máxima al prolongar la duración del impacto.
• Planifique para posibles fallos: acepte ciertas pérdidas. Tenga sistemas redundantes disponibles, etc.

• DeSilva, CW, "Manual de vibraciones y choques", CRC, 2005, ISBN 0-8493-1580-8
• Harris, CM y Peirsol, AG, «Manual de choque y vibración», 2001, McGraw Hill, ISBN 0-07-137081-1
• ISO 18431:2007 - Vibración y choque mecánicos
• ASTM D6537, Práctica estándar para pruebas de choque de paquetes instrumentados para la determinación del rendimiento del paquete.
• MIL-STD-810 G, Métodos de ensayo ambiental y directrices de ingeniería, 2000, sección 516.6
• Brogliato, B., "Mecánica no suave. Modelos, dinámica y control", Springer London, 2ª edición, 1999.

• Respuesta ante choques mecánicos, Departamento de Energía,
• Espectro de respuesta al choque, una introducción,
• Un estudio sobre la aplicación de SRS,