冲击载荷：定义、计算方法及材料性能分析
冲击载荷：定义、计算方法及材料性能分析
冲击载荷是工程中常见的力学现象，它涉及到运动物体对静止构件的高速碰撞。本文将从冲击载荷的定义出发，介绍其计算方法，并探讨相关的冲击试验及其在材料科学中的应用。
冲击载荷的定义
具有一定速度的运动物体，向着静止的构件冲击时，冲击物的速度在很短的时间内发生了很大变化，即冲击物得到了很大的负值加速度。这表明，冲击物受到与其运动方向相反的很大的力作用。同时，冲击物也将很大的力施加于被冲击的构件上，这种力在工程上称为“冲击力”或“冲击载荷”（impact load）。
冲击载荷的计算方法
现以简支梁为例，说明冲击载荷的计算方法。如上图所示之简支梁，在其上方高度h处，有一重量为W的物体自由下落后，冲击在梁的中点。
在冲击过程中，构件上的应力和变形分布比较复杂，因此，精确地计算冲击载荷，以及被冲击构件中由冲击载荷引起的应力和变形是很困难的。工程中大都采用简化计算方法，它以如下假设为前提：
（1）假设冲击物的变形忽略不计，即认为冲击物是刚体。从开始冲击到冲击产生最大位移时，冲击物与被冲击构件一起运动，而不发生回弹。
（2）忽略被冲击构件的质量，认为冲击载荷引起的应力和变形在冲击瞬间遍及被冲击构件；并假设被冲击构件仍处在弹性范围内。
（3）假设冲击过程中没有其他形式的能量转换，机械能守恒定律仍成立。
运动过程中的能量转换
重物的机械能（势能）转换为杆件弹性能
机械能：E=P（h+△d）
应变能：
冲击载荷位移方程：
冲击位移：
最大冲击载荷：
冲击试验与材料性能分析
冲击试验是在冲击载荷作用下，用于测定材料抗冲性能的方法。冲击强度是评价材料抵抗冲击能力或判断材料脆性与韧性程度的量度。抗冲击性能是难于准确表征力学参数之一，即使是用标准试样及标准实验方法，也只能得出在特定条件下只有相对比较意义的实验结果。高分子材料冲击试验的方法有摆锤式、落锤式和拉伸冲击式。
冲击断裂形式主要分塑性和脆性两大类。在冲击下的塑性断裂有明显的屈服的现象，是在颈缩中断裂。脆性断裂是一种多裂口断裂，有细小尖片，并有表面光滑的区域。冲击中首批活动裂纹，瞬时转变成不稳定生长的裂缝，触发断裂。无定形聚合物的断裂断面上，除光滑的镜面外，其余为较粗糙的指纹状。结晶型聚合的断裂断面，多数呈麻纹状态。
落锤式冲击仪能改变落锤重量和高度，将板状或片状试样击成开裂或断裂，也适用于泡沫塑料的抗冲击性能分析。它是一种平板弯曲的冲击试验。仪器化的落锤冲击仪，能测出冲击能量，还能落得试样材料的冲击应力-应变曲线。