2.1Действие ударной волны на предметы небольших размеров

Для элементов небольших размеров большое значение приобретает на­грузка торможения. Небольшие элементы, размеры которых (в плане) значи­тельно меньше по сравнению с длиной ударной волны (например измеритель­ная аппаратура), большинство видов оборудования почти не испытывают воз­действия нагрузок обтекания, так как быстро охватываются ударной волной.

Максимальная смещающая аэродинамическая сила может быть рассчи­тана достаточно точно по формуле:

где: S – площадь силуэта обтекаемого элемента со стороны движения ударной волны;

Сх - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления;

Рск - давление скоростного напора;

Рсм - максимальное значение аэродинамической силы, действующей на предмет, эта сила приложена в центре давления площади S.

Действие скоростного напора воздушной ударной волны может привес­ти к смещению, сваливанию (опрокидыванию) и угону элемента, что в свою очередь может привести к падению или удару элемента о встречные предметы.

2.1.1Смещение предмета

Смещение предмета со своего места произойдет в том случае, если го­ризонтальная сила крепления или трения будет меньше смещающей аэродина­мической силы Рсм:

,

где Fтр – сила трения,

f - коэффициент трения;

G - вес предмета.

Следовательно, давление скоростного напора, при котором предмет сдвинется с места, будет:

По скоростному напору, найденному из формулы:

где Ро - атмосферное давление при нормальных условиях, Ро = 101,3 кПа.

Произведем расчет для акустического монитора, как устройство наиболее подверженное смещению. Размеры монитора: 502х247х229 мм, вес – 7,7 кг.

Рассчитываем для наиболее опасного случая. Когда сила смещения приложена в центре наибольшего сечения S=0,247x0,229=0,056 м², коэффициент трения скольжения между деревом и деревом берем равным f=0,3, коэффициент аэродинамического сопротивления Cx=0,85.

Максимальная смещающая аэродинамическая сила:

Таким образом, сила смещения оказалась меньше силы трения, то есть монитор не сместится.

2.1.2Угон (перемещение) элементов

Условия угона (перемещения) элементов, которые расположены на ко­лесах, аналогичны условию смещения, но вместо коэффициента трения скольжения берется коэффициент трения качения. Ввиду их отсутствия, мы не рассчитываем этот пункт.

2.1.3Сваливание (опрокидывание) элементов

Высокие элементы могут быть свалены или опрокинуты Как и в пре­дыдущих случаях.на элемент действует сила смещения. Моменту силы смеще­ния противодействует момент силы тяжести (рис. 2.2)

рис. 2.2

Условием сваливания для незакрепленных элементов будет превышение момента си­лы смещения над моментом силы тяжести:

или

Подставив значение Рсм из предыдущего параграфа, получим скоростной напор, при котором произойдет сваливание элемента:

Произведем расчет для гитарного акустического кабинета.

Размеры устройства: 760х830х360 мм

Масса – 36 кг.

Сх=0.85

При этом скоростном напоре или при избыточном давлении во фронте ударной волны =8,5кПа прибор не будет опрокинут.

2.2Повреждения от ударной волны

Для некоторых приборов представляют опасность силы ускорения, имеющие место при ударе волны. Ускорения зданий и сооружений не превос­ходят одного земного ускорения g. Ускорения отдельных элементов приборов могут достигать нескольких десятков, а иногда и более сотни g. И может так оказаться, что внешне неповрежденный прибор после удара будет иметь внут­ренние повреждения. Эти повреждения произойдут при ударе волны за счет инерционных сил, зависящих от ударного ускорения различных элементов при­бора. Это объясняется тем, что каждый элемент имеет свои упругие или аморти­зирующие свойства, которые зависят от конструкции, массы, способа крепления и так далее. Определить ускорение отдельных элементов прибора трудно, но можно приблизительно оценить среднее их ускорение, считая данное изделие абсо­лютно жестким.

В первые доли секунды на прибор небольших размеров действует сила лобового давления ударной волны, равная:

Зная силу лобового давления, можно определить ударное ускорение I, но более удобно пользоваться понятием ударная перегрузка Пуд., которая пока­зывает, во сколько раз ударное ускорение больше ускорения тяготения :

Чтобы решить вопрос о живучести изделия (прибора), надо полученную ударную перегрузку сравнить с допустимой перегрузкой для данного изделия (прибора).

Произведем расчет для компьютерного монитора.

Параметры монитора:

Габариты: 502х247х229 мм

Масса: 7,7 кг

Коэффициент трения дерева по дереву f=0,35

Таким образом, на предмет будет действовать ударная перегрузка 6,2g, что не превышает допустимого 10g. Значит, данный вид аппаратуры не будет подвержен ударным перегрузкам.