衝撃（機械）

力学や物理学において、衝撃とは、例えば衝突、落下、蹴り、地震、爆発などによって引き起こされる、突然かつ一時的な加速度のことである。機械的衝撃は通常、短時間で大きな加速度イベントで構成され、構造的な変形や部品の破損を引き起こす可能性がある。^{[ 1 ]}

衝撃とは、時間に対して極めて大きな力変化を受ける物質の状態を指します。衝撃は加速度（速度変化率）を単位とするベクトル量です。単位g（またはg ）は標準重力加速度の倍数を表し、慣習的に用いられます。

衝撃パルスは、そのピーク加速度、持続時間、および衝撃パルスの形状（半正弦波、三角波、台形波など）によって特徴付けられます。衝撃応答スペクトルは、機械的衝撃をさらに評価する方法です。^{[ 2 ]}

衝撃測定は、次のようないくつかの分野で関心を集めています。

• ランナーの体を通して伝わる踵への衝撃^{[ 3 ]}
• 物体に損傷を与えるために必要な衝撃の大きさを測定する：脆弱性。^{[ 4 ]}
• 運動用床材の衝撃減衰を測定する^{[ 5 ]}
• ショックアブソーバーの有効性を測定する^{[ 6 ]}
• パッケージの緩衝材の衝撃吸収能力の測定^{[ 7 ]}
• スポーツ用ヘルメットが人を保護する能力を測定する^{[ 8 ]}
• ショックマウントの有効性を測定する
• 構造物が地震などの衝撃に耐える能力を判断する^{[ 9 ]}
• 個人用保護布が衝撃を減衰させるか増幅させるかを判断する^{[ 10 ]}
• 海軍艦艇とその装備が爆発衝撃に耐えられることを検証する^{[ 11 ] [ 12 ]}

衝撃は通常加速度計で測定されますが、他のトランスデューサーや高速イメージングも使用されます。^{[ 13 ]}さまざまな実験用計測機器が利用可能であり、スタンドアロンの衝撃データロガーも使用されます。

現場の衝撃は非常に変動が大きく、形状が非常に不均一な場合が多い。実験室で制御された衝撃でさえ、形状が不均一で、短時間のスパイクが含まれることが多い。ノイズは適切なデジタルまたはアナログフィルタリングによって低減できる。^{[ 14 ] [ 15 ]}

試験方法と仕様には、衝撃試験の実施に関する詳細が記載されています。測定機器の適切な配置が重要です。壊れやすい物品や包装された商品は、実験室での均一な衝撃に対してばらつきのある反応を示します。^{[ 16 ]}繰り返し試験が求められることがよくあります。たとえば、MIL-STD-810 G メソッド 516.6 では、3 つの直交軸のそれぞれに沿って両方向に少なくとも 3 回試験を行うように指示されています。

衝撃試験は、通常、古典的な衝撃試験とパイロショックまたは弾道衝撃試験の 2 つのカテゴリに分類されます。古典的な衝撃試験は、半正弦波、ハバーサイン波、鋸歯状波、台形波などの衝撃インパルスで構成されます。パイロショックと弾道衝撃試験は特殊なものであり、古典的な衝撃とはみなされません。古典的な衝撃は、電気力学 (ED) シェーカー、自由落下落下タワー、または空気圧衝撃試験機で実行できます。古典的な衝撃インパルスは、衝撃試験機のテーブルが急激に方向を変えるときに発生します。この急激な方向の変化により、急速な速度変化が発生し、衝撃インパルスが発生します。衝撃の影響の試験は、自動車の衝突試験など、最終用途アプリケーションで実施されることがあります。舗装試験は通常、落下式重錘たわみ計による機械的衝撃を舗装に与えることによって実施されます。

適切な試験方法と検証・妥当性確認プロトコルの使用は、試験および評価のすべての段階において重要である。

機械的衝撃は、物体（例えば、電球全体）または物体の構成要素（例えば、白熱電球のフィラメント）を損傷させる可能性があります。

• 脆い、または壊れやすい物体は破損する可能性があります。例えば、クリスタル製のワイングラス2個は、互いに衝突すると粉々に砕けることがあります。エンジンのせん断ピンは、特定の衝撃で破損するように設計されています。なお、柔らかい延性材料は、時間と温度の重ね合わせにより、衝撃を受けた際に脆性破壊を起こす場合があることに注意してください。
• 可鍛性のある物体は衝撃によって曲がることがある。例えば、銅製の水差しは床に落とすと曲がるかもしれない。
• 一部の製品は、一度の衝撃では損傷を受けていないように見えても、低レベルの衝撃が何度も繰り返されると疲労破壊を起こす可能性があります。
• 衝撃による損傷は軽微なものにとどまり、使用に支障をきたさない場合もある。しかし、度重なる衝撃による軽微な損傷が積み重なると、最終的には使用不能となる。
• 衝撃を受けても、すぐに目に見える損傷が生じるとは限りませんが、製品の耐用年数が短くなったり、信頼性が低下したりする可能性があります。
• 衝撃によって機器の調整が狂うことがあります。例えば、精密な科学機器が中程度の衝撃を受けた場合、適切な計測方法としては、再使用する前に再校正を行うことが挙げられます。
• 一次爆薬などの一部の物質は、機械的な衝撃や衝突によって爆発する可能性がある。
• 液体が入ったガラス瓶を落としたり衝撃を与えたりすると、ウォーターハンマー効果により流体力学的ガラス破損が発生する可能性がある。^{[ 17 ]}

実験室での試験、現場での経験、または工学的判断により、物品が機械的衝撃によって損傷を受ける可能性があることが示された場合、いくつかの対策が検討される可能性があります。^{[ 18 ]}

• 入力衝撃を発生源で低減・制御する。
• アイテムの強度を高めるために改造したり、衝撃への耐性を向上させるために補強したりする。
• 衝撃吸収装置、衝撃マウント、またはクッションを使用して、対象物に伝わる衝撃を制御します。 クッション^{[ 19 ]}は、衝撃の持続時間を延長することでピーク加速度を低減します。
• 障害発生時の対策を立てる：一定の損失を受け入れる。冗長システムを用意するなど。

• DeSilva, CW、「振動と衝撃ハンドブック」、CRC、2005年、ISBN 0-8493-1580-8
• ハリス、CM、ピアソル、AG「衝撃と振動ハンドブック」、2001年、マグロウヒル、ISBN 0-07-137081-1
• ISO 18431:2007 - 機械的振動および衝撃
• ASTM D6537、パッケージ性能の判定のための計測機器を用いたパッケージ衝撃試験の標準実施方法。
• MIL-STD-810 G、環境試験方法およびエンジニアリングガイドライン、2000年、セクション516.6
• Brogliato, B.、「非平滑力学。モデル、動力学、制御」、Springer London、第2版、1999年。

• 機械的衝撃に対する反応、エネルギー省、
• 衝撃応答スペクトル入門
• SRSの応用に関する研究