waveform.13 The ball compression was not measured, but the
force waveform can be integrated twice to calculate the displacement
of the ball center of mass. The result is also shown
in Fig. 3, indicating that the ball bounced while it was still
slightly compressed.
To analyze the behavior of the ball, estimates were made
of its mass and stiffness distributions along the bounce axis.
The mass distribution of a solid spherical ball is easily calculated,
but the stiffness distribution is difficult to calculate
and was measured instead. An identical rubber ball was cut
into five parallel slices, each 12 mm thick, and the stiffness
of each slice defined as the load force divided by the compression
measured in a direction perpendicular to the flat
surfaces was measured in a materials testing machine. The
five slices are labeled as shown in Fig. 4. The mass of each
slice is given by m1=m5= 0.104M, m2=m4= 0.248M and
m3= 0.296M, where M is the total ball mass.
The force versus compression curves for the top three
slices are shown in Fig. 5. The end slices were much softer
than the other slices because the cross-sectional area reduces
to zero on one side of each slice. If each slice were a cylindrical
disk of area A and thickness b, then its stiffness would
be given by k=EA/b. In theory the stiffness of each end slice
is zero when the compression is zero because the contact
area would be zero. Small compressions of the end slice can
be described by the relation F=kx3/2
, where x is the
compression,14 in which case the stiffness F/x of the slice is
proportional to x1/2
. However, the stiffness increases more
rapidly with x for large compressions. For example, if a thin
cylindrical disk is compressed in half, and if the area doubles
to maintain the same volume rubber being incompressible,
then the stiffness would increase by a factor of 4. Each disk
was compressed by about 4 mm and its stiffness increased
by a factor of about 2 or 3 depending on the slice.
Unlike a simple spring, the stiffness of a rubber or a steel
ball is a nonlinear function of its compression. The nonlinearity
results in a decrease in the impact duration as the
incident ball speed increases, because the ball becomes
stiffer as its compression increases. The stiffness results in a
slightly bell-shaped impact force waveform, but its form has
no special significance in terms of the qualitative behavior of
the ball. For a 4 mm compression the average stiffness of the
central slice was 10% larger than the adjacent slices and
three times larger than the end slices.
The stiffness ratio of each element depends on the total
compression of the ball. For a very small compression, the
contact area of the end slice of mass m5 might be less than
1 mm2
, while the end slice and its neighbor maintain contact
over a much larger area. At low ball speeds the impact duration
of a ball will therefore be extended as a result of the
relative softness of the end slice, in which case the compressional
wave generated in the ball can make many transits
across a ball diameter during the impact. The latter situation
arises in a low speed bounce of a steel ball. As will be
shown, the rubber ball bounced after about three such transits
under the conditions shown in Fig. 3. At lower incident
speeds, the rubber ball bounced after several more transits of
the compression wave across the ball.
IV. BOUNCING ROD EXPERIMENTS
Aluminum rods of diameter 6.0 and 20.0 mm and various
lengths were dropped end-on onto the piezo disk from a
height of about 1 cm to measure the impact duration and
force waveforms. The bottom end of each rod was rounded
with a radius of half the rod diameter to ensure that the rod
bounced centrally rather than on an edge and to provide a
valid comparison between the different rods. The impact duration
is sensitive to the shape and stiffness of the impact
end. For example, when the bottom end of a short rod was
tapered to a sharp point, the impact duration increased by a
factor of about 3, and the impact force decreased by a similar
factor, due to the relative softness of the point under compression.
Repeated impacts on the pointed end reduced the
impact duration and increased the impact force due to the
flattening of the initially sharp point. This fact alone shows
that the impact force and impact duration of a short rod and
Fig a ball is determined primarily by the stiffness of the contact
region rather than by the stiffness of the rod or the ball as a
whole. At least, that is the case for a low speed impact. In a
high speed impact, a ball might squash in half, in which case
the contact region could extend to the center of the ball or
beyond.
Results for four such rods are shown in Fig. 6. The
5-cm-long, 6-mm-diam rod had an impact duration of about
50 s and excited a small amplitude, high frequency vibration
of the piezo disk after the impact. The speed of sound in
aluminu
waveform.13 ลูกบอลบีบอัดไม่ได้วัด แต่แรงจริง สามารถบูรณาการสองครั้งเพื่อคำนวณการแทนที่ของลูก ศูนย์กลางของมวล ผลยังแสดงในรูปที่ 3 แสดงให้เห็นว่าในขณะที่มันยังคงเป็นบอลกระดอนมาเข้าทางบีบอัดเล็กน้อยเพื่อวิเคราะห์พฤติกรรมของลูก , ประมาณการได้ทําของมวลและการกระจายตามแนวเด้งตึงแกนมวลของของแข็งกระจายลูกบอลทรงกลมสามารถคํานวณแต่เนื่องจากการกระจายเป็นเรื่องยากที่จะคำนวณและวัดแทน ลูกบอลยางเหมือนกัน โดนตัด5 ขนาน แต่ละชิ้น หนา 12 มม. และความแข็งของแต่ละชิ้น เช่น โหลดแรงแบ่งโดยการบีบอัดวัดในทิศทางตั้งฉากกับแบนพื้นผิวที่ถูกวัดในเครื่องทดสอบวัสดุ ที่ห้าชิ้นจะมีข้อความดังแสดงในรูปที่ 4 มวลของแต่ละชิ้นจะได้รับโดย M5 M1 = = = = 0.248m 0.104m M2 M4 และM3 = 0.296m โดยที่ M คือมวลบอลทั้งหมดบังคับกับการบีบอัดโค้งสำหรับสามด้านบนชิ้นที่แสดงในรูปที่ 5 จบชิ้นมากนุ่มกว่าชิ้นอื่น ๆเพราะพื้นที่ภาคตัดขวาง ช่วยลดศูนย์บนด้านหนึ่งของแต่ละชิ้น ถ้าแต่ละชิ้นเป็นรูปทรงกระบอกดิสก์ของพื้นที่และความหนาข มันก็ตึงจะได้รับโดย k = เอ / บี ในทฤษฎีความฝืดของปลายแต่ละชิ้นเป็นศูนย์ เมื่อการบีบอัดเป็นศูนย์เพราะติดต่อพื้นที่จะเป็นศูนย์ หน้าอกเล็กสุด ชิ้นสามารถสามารถอธิบายโดยความสัมพันธ์ F = kx3 / 2เมื่อ x คือการบีบอัด , 14 ซึ่งในกรณีนี้ค่า F / X ของหั่นสัดส่วน 1 / 2. อย่างไรก็ตาม ความแข็งที่เพิ่มขึ้นมากกว่าอย่างรวดเร็วกับ X สำหรับหน้าอกใหญ่ ตัวอย่างเช่น ถ้าบางดิสก์ทรงกระบอกจะถูกบีบอัดในครึ่ง และถ้าพื้นที่คู่การรักษาเดียวกันปริมาณยางถูกอัดตัวไม่ได้แล้วความแข็งแรงจะเพิ่มขึ้น โดยปัจจัย 4 ดิสก์แต่ละที่ถูกบีบอัดโดยประมาณ 4 มิลลิเมตร และมีความแข็งเพิ่มขึ้นโดยปัจจัยที่เกี่ยวกับ 2 หรือ 3 แล้วแต่ชิ้นซึ่งแตกต่างจากฤดูใบไม้ผลิง่าย ความแข็งของยางหรือเหล็กบอลเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นของการบีบอัด ส่วนค่าผลในการลดลงของผลกระทบเวลาเป็นเพิ่มความเร็วของลูก เพราะลูกจะเกิดเหตุการณ์แข็งเป็นบีบอัดของเพิ่มขึ้น เนื่องจากผลลัพธ์ในกระดิ่งรูปคลื่นแรงกระแทกเล็กน้อย แต่การได้พิเศษที่ไม่มีความสำคัญในแง่ของพฤติกรรมเชิงคุณภาพลูกบอล สำหรับ 4 มม. อัดแข็งเฉลี่ยของกลางซอย 10 % มีขนาดใหญ่กว่าชิ้นที่อยู่ติดกันและสามครั้งใหญ่กว่าปลายชิ้นค่าอัตราส่วนของแต่ละองค์ประกอบขึ้นอยู่กับทั้งหมดการบีบอัดของลูก สำหรับการบีบอัดขนาดเล็กมาก ,ติดต่อพื้นที่จบ ชิ้นของมวล M5 อาจจะน้อยกว่า1 แน่นในขณะที่ปลายชิ้นและเพื่อนบ้านของมันรักษาติดต่อผ่านพื้นที่ที่มีขนาดใหญ่มาก ที่บอลต่ำความเร็วผลกระทบ ระยะเวลาของลูกจึงจะสามารถขยายผลของทาญาติจบ ชิ้นในที่กรณี compressionalคลื่นที่เกิดในลูกสามารถมากมายยะข้ามเส้นผ่าศูนย์กลางช่วงบอลกระแทก สถานการณ์หลังที่เกิดขึ้นในความเร็วต่ำ เด้งของลูกบอลเหล็ก เป็นจะแสดงให้เห็น , ลูกยางเด้งหลังประมาณ 3 ยะ เช่นภายใต้เงื่อนไขที่แสดงในรูปที่ 3 เหตุการณ์ที่ลดลงความเร็วลูกบอลยางเด้งหลังจาก transits ของอีกหลายการบีบอัดคลื่นข้ามบอล4 . คันทดลองแสงอลูมิเนียมแท่งขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 6.0 และ 20.0 มิลลิเมตร และต่าง ๆความยาวที่ถูกทิ้งสิ้นสุดบน Piezo ดิสก์จากความสูงประมาณ 1 ซม. วัดจากระยะเวลาและบังคับนี่ ปลายด้านล่างของแต่ละคันมันกลมกับรัศมีครึ่งคันเส้นผ่าศูนย์กลางเพื่อให้แน่ใจว่า ไม้เรียวเด้งจากส่วนกลางมากกว่าขอบ และให้การเปรียบเทียบที่ถูกต้องระหว่างแท่งที่แตกต่างกัน ผลกระทบของระยะเวลามีความไวต่อรูปร่างและความแข็งแรงของผลกระทบปลาย ตัวอย่างเช่น เมื่อปลายแท่งสั้น ๆคือเรียวไปยังจุดที่คมชัด ผลกระทบระยะเวลาเพิ่มขึ้นโดยปัจจัยของเกี่ยวกับ 3 , และแรงกระแทกลดลงที่คล้ายกันปัจจัย เนื่องจากญาติความนุ่มนวลของจุดภายใต้การบีบอัดซ้ำต่อปลายแหลมลดลงผลกระทบของระยะเวลาและเพิ่มแรงกระแทก เนื่องจากการแฟบจากตอนแรกจุดแหลม ความจริงเพียงอย่างเดียว แสดงว่า แรงกระแทกและระยะเวลาของผลกระทบของแกนสั้นรูปลูกถูกกำหนดเป็นหลักโดยความแข็งของติดต่อภูมิภาคมากกว่าโดยความแข็งของก้าน หรือ บอล เป็นทั้งหมด อย่างน้อย นั่นคือกรณีของผลกระทบที่ความเร็วต่ำ ในผลกระทบต่อความเร็วสูง ลูกอาจสควอชในครึ่ง ซึ่งในกรณีติดต่อเขตสามารถขยายไปยังศูนย์ของลูก หรือเกินผลการค้นหาสำหรับสี่แท่งดังกล่าวจะแสดงในรูปที่ 6 ที่5-cm-long 6-mm-diam ร็อด , มีผลระยะเวลาเกี่ยวกับ50 และตื่นเต้นเป็นคลื่นขนาดเล็ก ความถี่สูงของ Piezo ดิสก์หลังจากผลกระทบ ความเร็วของเสียงในaluminu
การแปล กรุณารอสักครู่..
