Thử nghiệm sốc là gì? Tại sao nhà sản xuất sử dụng nên sử dụng?
Hôm nay, COMIT cùng các bạn sẽ bàn luận về thử nghiệm sốc là gì, tại sao nhà sản xuất sử dụng nó và cách nó hoạt động nhé!
Trong lĩnh vực cơ học, sự chính xác là yếu tố quan trọng. Trước khi các sản phẩm và thiết kế có thể ra thế giới, các kỹ sư cần phải hiểu rõ mọi khía cạnh có thể của công việc của họ. Nó mạnh đến đâu? Nó di chuyển nhanh chóng, linh hoạt và bền bỉ như thế nào? Nó đối mặt tốt như thế nào với các loại điều kiện bất lợi khác nhau? Một khi những sản phẩm này được phát hành ra thế giới, tất cả những điều này sẽ trở nên rõ ràng ngay lập tức, nhưng công việc của các nhà thiết kế và kỹ sư là đưa ra những kết luận vững chắc trước thời điểm đó.
Rất tiếc, điều này có thể khó khăn trong các điều kiện nhà kho và nhà máy. Cuối cùng, đây là những môi trường được thiết kế an toàn và kiểm soát một cách cố ý. Làm thế nào các nhà thiết kế có thể sử dụng chúng để dự đoán cách thiết kế cơ học sẽ hoạt động trong các tình huống căng thẳng? Câu trả lời là tạo ra các thử nghiệm mô phỏng các điều kiện tiềm năng mà thiết kế có thể đối mặt, để đánh giá hiệu suất của thiết kế trước những điều đó.
Một trong những thử nghiệm như vậy được gọi là thử nghiệm sốc cơ học. Thử nghiệm này rất quan trọng đối với sự an toàn của nhiều loại thiết kế cơ học khác nhau. Nếu không có các thử nghiệm như vậy, nhiều thiết kế sẽ không an toàn để phát hành ra thế giới. Hôm nay, COMIT cùng các bạn sẽ bàn luận về thử nghiệm sốc là gì, tại sao nhà sản xuất sử dụng nó và cách nó hoạt động.
Về sốc cơ học
Sốc cơ học là gì?
(Shock) Sốc cơ học là một hiện tượng xảy ra khi một hệ thống cơ học bị tác động bằng một cú sốc đột ngột và mạnh mẽ. Sốc cơ học thường là kết quả của tác động bất ngờ từ một lực hoặc sự kiện, và nó có thể gây ra sự gián đoạn hoặc hỏng hóc trong hệ thống. Tính chất quan trọng của sốc cơ học bao gồm sự đột ngột và tính mạnh mẽ của nó. Nó thường xuất hiện khi có một tác động nhanh chóng và mạnh, không để hệ thống có thời gian để điều chỉnh hoặc hấp thụ nó một cách dễ dàng. Sốc cơ học có thể xuất hiện từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm va chạm giữa các đối tượng, rơi từ độ cao, hoặc sự va chạm giữa vật thể đang di chuyển và vật thể đứng yên.
Sự sốc cơ học được hiểu đơn giản là một cú sốc đột ngột và mạnh mẽ đối với một hệ thống cơ học, thường gây ra sự đánh đổ đáng kể trên toàn bộ hệ thống. Nói cách khác, nếu chúng ta hiểu từ “sốc” trong nghĩa phổ thông và thay thế người bị sốc bằng một hệ thống cơ học, so sánh đó sẽ chính xác. Một cú sốc trong nghĩa này là một sự bất ngờ xuất phát từ đâu đó, làm cho cơ thể và tâm trí của bạn bị sốc và thường gây gián đoạn công việc bạn đang làm. Ví dụ, trái tim bạn có lẽ đập mạnh trong vài phút, bạn có thể nhảy vọt vật lên, và bạn có thể thở hổn hển. Có lẽ, sẽ mất một chút thời gian trước khi cơ thể bạn trở lại trạng thái nghỉ ngơi của nó.
Điều tương tự cũng đúng đối với một hệ thống cơ học. Những đặc điểm chính cần ghi nhớ khi định nghĩa về sốc là tính đột ngột và tính mạnh mẽ. Một cú sốc đối với hệ thống mà không đột ngột thì sẽ không được xem xét là một cú sốc, mà thay vào đó là sự tích tụ chậm rãi của áp lực. Do đó, hệ thống sẽ phản ứng khác nhau. Hãy tưởng tượng sự khác biệt giữa bị đối mặt với một cú sợ hãi và một cuộc tranh luận tích tụ chậm rãi. Cả hai đều gây bực mình, nhưng phản ứng của chúng ta trong mỗi tình huống đều khác nhau.
Tương tự, một sự gián đoạn không mạnh mẽ cũng không được xem xét là một cú sốc. Để một lần nữa sử dụng phép ẩn dụ về sốc ở người, hãy nghĩ đến sự khác biệt giữa một vết cắt giấy và một vết thương rộng lớn. Một thứ nghiêm trọng hơn thứ kia, và do đó, cả phản ứng cá nhân của chúng ta và sự tổn hại kết quả đối với cơ thể sẽ khác biệt một cách rõ rệt.
Qua các so sánh như thế này, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về sốc là gì – một cú sốc cho hệ thống đột ngột và mạnh mẽ, thường đưa toàn bộ cơ chế ít nhất là vào tình trạng hỗn độn tạm thời. Nó có thể đến từ bất kỳ nguồn nào – như va chạm giữa hai vật thể di chuyển với tốc độ cao, sự bắn súng của một vũ khí, việc thả một vật phẩm từ độ cao hoặc một vật thể di động đập vào một vật thể tĩnh đứng yên. Tất cả các ví dụ này tạo ra chính loại va đập mà chúng ta gọi là sốc.
Bởi vì môi trường sản xuất thường được kiểm soát một cách cực kỳ nghiêm ngặt, sốc cơ học rất khó xảy ra dưới hình thức tự nhiên và thuần túy nhất. Sốc tình cờ không phổ biến và nếu nó xảy ra, thường là kết quả của mọi thứ không diễn ra theo kế hoạch. Tuy nhiên, sốc có thể được dự đoán trong môi trường kiểm tra kiểm soát được được thiết kế để đo lường cách thiết kế cơ học phản ứng với sốc. Những thử nghiệm này sau đó giúp các kỹ sư điều chỉnh thiết kế của họ theo cách giúp cho các sản phẩm cụ thể có khả năng hấp thụ sốc một cách hiệu quả hơn.
Tác động của sốc cơ học là gì?
Bởi vì sốc cơ học là một sự kiện không mong đợi và mạnh mẽ, không có gì ngạc nhiên khi nó có thể gây hậu quả khá nghiêm trọng đối với hệ thống. Lý tưởng, các kỹ sư sẽ lên kế hoạch cho các cú sốc tiềm năng và đã xây dựng một hệ thống được thiết kế để chống lại những tác động dự kiến này. Tuy nhiên, thậm chí sau những biện pháp này, sốc không luôn hoạt động theo cách chúng ta có thể tưởng tượng, và các thành phần có thể vẫn bị hỏng hóc.
Nếu một cú sốc không được lên kế hoạch, và nếu không có biện pháp nào được đưa ra để bảo vệ chống lại nó, tác động sẽ có khả năng gây hậu quả nghiêm trọng hơn rất nhiều so với một tình huống mà các kỹ sư đã chuẩn bị cho chúng. Một số tác động tiềm năng của sốc cơ học bao gồm:
- Hỏng do tác động giữa hai hoặc nhiều vật phẩm va chạm vào nhau hoặc một lực tác động từ bên ngoài vào một vật phẩm đứng yên.
- Biến dạng do tác động lên một vật phẩm có tính đàn hồi.
- Sự hỏng cơ học, đó là kết quả có thể xảy ra sau những cú sốc ở mức độ thấp lặp đi lặp lại.
- Sự không ổn định sau cùng, khả năng sẽ là kết quả của việc hỏng nhỏ lặp đi lặp lại tích tụ theo thời gian để tạo ra những hỏng lớn hơn.
- Tuổi thọ ngắn hơn do tổn thương trực tiếp và không ổn định cơ học.
- Độ tin cậy giảm đi, đặc biệt trong trường hợp các cú sốc lặp đi lặp lại, với độ tin cậy giảm đi càng nhiều hơn sau mỗi sự cố.
- Kết quả không hợp lệ từ các thiết bị khoa học chính xác nếu có bất kỳ thiết bị nào nằm trong hệ thống bị tác động.
- Sự phát nổ của bất kỳ yếu tố nổ nào có thể có trong hệ thống khi bị sốc.
- Sự suy yếu hoặc tách rời của các kết nối trong các thành phần khác nhau của hệ thống.
Tất cả những điều này là các tác động tiềm năng và thậm chí có thể là kết quả thường xuyên của sốc cơ học. Mặc dù một chiếc ô tô là một ví dụ cụ thể để nghiên cứu, các tác động có thể sẽ vẫn giữ nguyên như vậy bất kể hệ thống cơ học cụ thể nào đang xét và sốc đã xảy ra.
Dễ dàng thấy tại sao việc đưa ra biện pháp bảo vệ chống lại sốc là quan trọng. Để làm điều này, tuy nhiên, nhà sản xuất cần hiểu cách sốc hoạt động, cũng như cách hệ thống của họ đối phó với nó. Đây là nơi thử nghiệm và tính toán sốc cơ học đều có vai trò quan trọng.
Làm thế nào để đo lường sốc cơ học?
Khi các kỹ sư đang thiết kế một hệ thống, việc họ biết liệu thiết kế đó có thể bị tác động bởi sốc hay không là điều quan trọng. Nếu có, sẽ cần mức độ sốc bao nhiêu để gây hỏng hóc? Mức độ hỏng hóc sẽ lan truyền ra các phần còn lại của thiết kế như thế nào? Tất cả những điều này là những xem xét có ý nghĩa, và tất cả những điều này đều là một phần của quá trình được gọi là thử nghiệm sốc.
Kiểm tra thiết kế trước
Trong quá trình thử nghiệm sốc, các kỹ sư và nhà thiết kế kiểm tra thiết kế của họ trước những cú sốc có thể xảy ra trong thế giới thực và đánh giá các phản ứng kết quả. Trong các giai đoạn thiết kế ban đầu, những thử nghiệm này có thể chỉ là giả định và được tạo ra trong chương trình máy tính. Tuy nhiên, khi thiết kế tiến triển, họ phải thực hiện những thử nghiệm này trong cuộc sống thực tế để đánh giá cách thiết kế kích thước đầy đủ của họ phản ứng trước các tai nạn và sự kiện có thể xảy ra trong thế giới thực.
Điều này bao gồm nhiều loại thử nghiệm khác nhau, khác nhau tùy thuộc vào hệ thống cơ học cụ thể đang được xét và loại sốc mà các nhà thiết kế đang thử nghiệm. Những thử nghiệm này có thể mô phỏng nhiều loại sự kiện thực tế khác nhau, như:
- Sự kiện liên quan đến sản phẩm: Hãy tưởng tượng một gói hàng dễ vỡ đang được vận chuyển, chỉ để bị rơi từ trên cao. Các nhà sản xuất vật liệu đóng gói sẽ muốn mô phỏng loại sự kiện này để đảm bảo rằng vật liệu của họ có thể tồn tại qua nó.
- Sự kiện liên quan đến vận chuyển: Hãy nghĩ lại đến ví dụ về chiếc ô tô của chúng ta. Có nhiều sự kiện gây sốc có thể xảy ra trên đường, và các kỹ sư sử dụng các thử nghiệm để mô phỏng những sự kiện này và đánh giá phản ứng đối với chúng.
Để hoàn thành những thử nghiệm này, các kỹ sư và kỹ thuật viên sử dụng thiết bị đặc biệt được thiết kế để mô phỏng lực tác động đúng mức từ sự kiện đang được mô phỏng. Thiết bị sau đó ghi lại cách hệ thống phản ứng và chuyển đổi điều này thành dữ liệu có thể sử dụng. Dữ liệu này ghi lại một cách rõ ràng cách sốc ảnh hưởng đến hệ thống.
Lặp lại các thử nghiệm nhiều lần
Giống như bất kỳ loại thử nghiệm nào, chỉ một lần không đủ. Các kỹ thuật viên sẽ lặp lại các thử nghiệm này nhiều lần để thu thập một kích thước mẫu đủ lớn để đảm bảo rằng dữ liệu của họ là chính xác trên toàn bộ và không phải là kết quả của một thử nghiệm bất thường nào đó.
Từ đó, các kỹ sư sẽ sử dụng kết quả này để thực hiện các điều chỉnh cần thiết cho thiết kế, hy vọng rằng nó sẽ làm cho nó có khả năng chống lại sốc tốt hơn. Sau đó, họ tiếp tục lặp lại các thử nghiệm, thực hiện thêm điều chỉnh và tiếp tục quá trình cho đến khi thiết kế được chuẩn bị đủ tốt để đối mặt với các cú sốc có thể gặp phải khi thực hiện trong thế giới thực.
Tại sao Đo Lường Sốc Cơ Học Quan Trọng?
Việc đo lường sốc cơ học quan trọng vì nó cho phép chúng ta tự tin rằng những vật phẩm chúng ta sử dụng hàng ngày sẽ tiếp tục hoạt động tốt ngay cả khi có những sự cố nhỏ trên đường. Ví dụ, mỗi khi chúng ta lên xe, chúng ta nhận ra có khả năng chúng ta có thể gặp tai nạn – từ điều gì đó đơn giản như đụng vào mép lề đường đến điều gì đó nghiêm trọng như va chạm trực diện. Và trong khi có một số tình huống mà không có chiếc xe nào có thể thoát ra được, chúng ta hiểu rằng các chiếc xe của chúng ta đã được thiết kế cẩn thận để bảo vệ chúng ta và tiếp tục hoạt động, ngay cả khi bạn gặp nạn trên đường hoặc đâm vào đuôi của xe khác. Chúng ta hiểu rằng các nhà thiết kế đã thực hiện công việc cần thiết của họ và do đó, chúng ta cảm thấy an toàn hơn và đáng tin cậy hơn.
Hãy tưởng tượng nếu không có thử nghiệm sốc và nếu các sản phẩm chỉ được gửi ra thế giới với hy vọng và giả định rằng chúng an toàn. Theo bản năng, hầu hết chúng ta sẽ nhận ra sự không an toàn nghiêm trọng của tình huống như vậy. Đây là lý do tại sao thử nghiệm sốc quan trọng. Nó giữ chúng ta an toàn. Nó bảo vệ tài sản của chúng ta. Và nó giúp chúng ta cảm thấy tự tin hơn một chút về các sản phẩm chúng ta sử dụng và bao quanh chúng ta hàng ngày.
Cách Kiểm Soát Sốc Cơ Học
Thử nghiệm sốc và đo lường tác động của nó là một việc, và dễ dàng đối với các kỹ sư để xem kết quả của một thử nghiệm và nhận ra rằng họ cần tăng cường các biện pháp hấp thụ sốc. Tuy nhiên, việc thực hiện điều này và tạo ra một sản phẩm hoàn thiện có khả năng chịu đựng mức căng thẳng đáng kể là một việc khác. Một số biện pháp khác nhau mà các kỹ sư có thể lựa chọn để cải thiện phản ứng của thiết kế đối với sốc bao gồm:
Sửa đổi thiết kế để tăng cường độ cứng
Đây có thể là giải pháp đơn giản nhất và liên quan đến việc thay đổi thiết kế ít nhất. Thay vì thay đổi cách thiết kế được cấu tạo, các kỹ sư sẽ nâng cấp vật liệu hoặc thêm các lớp bảo vệ bổ sung xung quanh nó. Hãy nghĩ đến việc thêm lớp giáp bổ sung để giúp sản phẩm chịu đựng căng thẳng một cách hiệu quả hơn.
Sử dụng bộ hấp thụ sốc hoặc gối đệm để giảm tác động
Giải pháp này liên quan đến việc thiết kế lại nhiều hơn và do đó phức tạp hơn một chút. Thay vì chỉ đơn giản là thêm lớp giáp bổ sung, giải pháp này cố gắng thêm các yếu tố đệm trong sản phẩm, chẳng hạn như giá đỡ và hấp thụ sốc, để khi tác động xảy ra, nó được phân phối đều trong toàn bộ thiết kế. Điều này cho phép sốc được hấp thụ một cách an toàn nhất có thể.
Giảm sốc tại nguồn gốc
Giải pháp này liên quan đến việc tạo ra một thiết kế mà tác động của sốc bị cắt đứt càng nhiều càng tốt tại nguồn gốc. Nói cách khác, sốc tác động ban đầu nhưng không được phép truyền tải sốc này đến phần còn lại của sản phẩm.
Lập kế hoạch cho các lỗi
Không phải mọi sản phẩm đều đáng để dành thời gian và tiền bạc để bảo vệ chống lại sốc. Tất nhiên, trong những sản phẩm quan trọng như một phương tiện, các biện pháp phòng ngừng này là cần thiết. Nhưng đối với nhiều sản phẩm rẻ tiền mà sẽ không quyết định đến tính mạng, giải pháp tốt nhất là chấp nhận rủi ro và tiến lên. Trong hầu hết các trường hợp, việc thay thế chúng sẽ rẻ hơn so với việc phát triển các thiết kế vững chắc hơn từ đầu.
Mỗi trong những giải pháp này là một danh mục lớn và bên trong mỗi loại này có hàng trăm giải pháp thiết kế khác nhau đặc thù cho từng loại sản phẩm. Tuy nhiên, hầu hết các giải pháp sẽ thuộc ít nhất một trong những danh mục chính này.
