Törmäysvoimoihin

Törmäysvoimat ovat kohtaavien kappaleiden kokemien voimien vaihteluita, jotka syntyvät, kun ne ottavat kontaktin toisiinsa tai toisiin kappaleisiin liiketilanteissa. Ne ovat keskeisiä törmäysten dynamiikassa ja vaikuttavat sekä rakenteiden että ihmisten turvallisuuteen. Törmäysvoimia esiintyy laajasti esimerkiksi autojen ja teidän törmäyksissä, urheiluissa, rakennuksissa ja ilmailussa.

Voiman suuruuteen vaikuttavat tekijät ovat kontaktin yhteydessä ilmenevä suhteellinen nopeus, kappaleiden massat, kontaktin kesto sekä materiaalien jäykkyys ja deformoituvuus. Fysiikallisesti törmäysvoima voidaan ilmaista F = Δp/Δt, missä Δp on liikemäärän muutos ja Δt kontaktin kesto. Impulssi J vastaa liikemäärän muutosta ja on pinta-ala F:n ajassa.

Mallit törmäysvoimille ovat erilaisia. Yksinkertaisissa malleissa käytetään spring-damper -tyyppisiä rakenteita tai lineaarista jäykkyys-dampingia. Elävämmät mallit hyödyntävät Hertzin kosketusteoriaa elastisten kappaleiden välillä, ja monimutkaisissa tapauksissa käytetään finite element -analyysiä rakenteiden todellisen geometrian ja materiaalien huomioimiseksi.

Mittaukset tehdään yleisesti kiihtyvyys- ja liikemääräanturien sekä korkean nopeuden kuvauksen avulla. Crash-testeissä mittaukset tukevat törmäysvoiman ja -keston arviointia. Turvallisuudessa keskeisiä mittareita ovat huippukiihtyvyys, impulssi, törmäysaika sekä turvallisuusarvot kuten HIC-arvo.

Sovelluksissa tarkoituksena on minimoida törmäysvoimaa ja sen aiheuttamia vaurioita suunnittelulla, which includes energiaa absorboivia rakenteita ja pehmikkeitä autoympäristöissä sekä rakennus- ja urheiluteknologioissa.