Биодинамика прыжка животного

[nekorrektnyj]

Добрый день, уважаемые знатоки физики,
обращуюсь к Вам за помощью со следующей проблемой.

Для проекта рассчитываем ограждения вольера для сибирских тигров, но так как подобных рассчетов в учебниках и в интернете не много, приходится все "выдумывать" самим.
Пока что наши конструкторы взяли "за образец" модель рассчета шлагбаумов и ограждений парковок, которые рассчитывают на удар от транспортного средства, но результаты получаются нереальные. 420 кН сила удара и 50 см (при деформации около 10 см) колонны для тигров выглядят из архитектурного "опыта" нереалистично. Поэтому было бы интересно все же разобраться в ситуации с научной точки зрения.

Исходя из самого неблагоприятного случая, получается следующая модель
https://ibb.co/9YgFz80
Тигр весом до 300 килограмм и с максимальной скоростью разбега 60 км/ч прыгает на забор из металлических профилей (примерно 2,5 расстояние между колонами, с натянутой между ними решеткой по типу такойhttps://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.e-stahl.com%2Fshop%2FZaun-und-Toranlagen%2FDoppelstabmatten-schwer-8%2F6%2F8-und-Pfosten%3A%3A%3A1607_1609.html&psig=AOvVaw2x_pP7Tb4ofEdVELbq89rp&ust=1596564651800000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCJDBxf_Q_-oCFQAAAAAdAAAAABAM)

Пересмотрев тысячи видео с прыгающими котикам выделила две ситуации:

1. Тигр прыгает с места на забор (Начальная скорость при этом 0, но Н удара тигра об ограждение находится выше 2 м над уровнем земли, соответственно наличие момента)
2. Тигр прыгает с разгона на ограждение (Скорость в момент толчка максимальная - 60 кмч, но угол прыжка и соответсвенно высота минимальны, то есть сила удара приходитсч вблизи опоры)

Попробовала эти две ситуации посчитать по учебнику "Биомеханика" Дубровского, но не могу дойти до конечного результата, не хватает данных ( и знаний физики) чтобы перейти от импульсов и энергий к конкретным точкам и величинам сил и моментов, исходя из которых рассчитываются сечения.

В общем, помог бы мне кто-нибудь с планом рассчета...
Спасибо за внимание

[svv]

nekorrektnyj в сообщении #1477186 писал(а):

наши конструкторы взяли "за образец" модель рассчета шлагбаумов и ограждений парковок

Может, лучше взять за образец существующие вольеры для тигров?

nekorrektnyj в сообщении #1477186 писал(а):

Тигр весом до 300 килограмм и с максимальной скоростью разбега 60 км/ч прыгает на забор из металлических профилей

А там можно поставить какие-нибудь шипы, чтобы тигр не испытывал вольер на прочность? Или это негуманно?

[druggist]

(Оффтоп)

Цитата:

В общем, помог бы мне кто-нибудь с планом рассчета...

А ну как перепрыгнет? Не рассчетаемся тогда...))

[svv]

«Очищенная» ссылка на сайт с решёткой:
https://www.e-stahl.com/shop/Zaun-und-T ... _1609.html

[Утундрий]

nekorrektnyj в сообщении #1477186 писал(а):

Для проекта рассчитываем ограждения вольера для сибирских тигров, но так как подобных рассчетов в учебниках и в интернете не много, приходится все "выдумывать" самим.

Если не затруднит, поделитесь информацией, в каких именно местах планируют устанавливать Ваши вольеры?

[iifat]

Утундрий в сообщении #1477213 писал(а):

в каких именно местах планируют устанавливать Ваши вольеры?

Ну ясно же ж — вокруг тигров!

[Утундрий]

iifat
Меня интересует география этих тигров. Из соображений безопасности.

[nekorrektnyj]

svv в сообщении #1477198 писал(а):

Может, лучше взять за образец существующие вольеры для тигров?

Может и лучше, только Вы и Ваши знакомые конструкторы часто расчитваете вольеры для тигров? И мы нет. И в книжках по теормеху и сопромату примеров рассчетов для тигров, а также нормативных нагрузок от них не найти, в то время как проверка ударов от транспортных средств, можно сказать "типовой" расчет.

svv в сообщении #1477198 писал(а):

А там можно поставить какие-нибудь шипы, чтобы тигр не испытывал вольер на прочность? Или это негуманно?

Дополнительно будет разумеется электрозабор проведен по верху, и конструкция несколько иначе чем нарисовано - загнут вверху внутрь, но при таких расчетах принято исходить из самого неблагоприятного случая, а конкретно, 300 килограмовый тигр на скорости 60 кмх решит самоубиться об забор и проломит его, дав проход второму тигру. Насколько часто такое случается можете предположить. Но кто возьмет на себя ответственность за ошибку в выборе конструкций?

В любом случае будем строить исходя из опыта других подобных строительств, и "подсматривать" как у других сделано, и в любом случае будут испытания проведены прежде чем туда животных запустят, но все же из спортивного интереса было бы инетересно разобраться с физической стороной вопроса.

[svv]

Сила равна производной по времени от импульса. Чем быстрее импульс тигра будет передаваться забору, тем больше сила. То есть при грубых прикидках надо оценить характерное время передачи импульса. Оно зависит, в том числе, от упругих характеристик тигра. Автомобиль жёстче, чем тигр, время передачи импульса меньше, поэтому в «автомобильно-шлагбаумных» расчётах и получались значения силы, нереалистичные для тигров. Но откуда взять всю нужную информацию, параметры хотя бы грубой модели тигра, непонятно. Тут лучше полагаться на тысячелетний опыт содержания хищников в неволе.

[pogulyat_vyshel]

я думаю оценивать надо потерю кинетической энергии -- это она переходит в энергию деформации, которая определяет разрушительные последствия удара

[ozheredov]

nekorrektnyj в сообщении #1477225 писал(а):

а конкретно, 300 килограмовый тигр на скорости 60 кмх решит самоубиться об забор

Там буква "к" лишняя. В смысле 300 киллограммовый тигр на скорости 60 махов решит самоубиться апзабор.
P.S. Тема -- ОГОНЬ!

[nekorrektnyj]

В общем все еще пытаюсь разобраться "как это работает"

Пока что такое предположение
https://we.tl/t-tGKL2M71Wn

Но непонятно - получается отрицательное ускорение, соответственно сила направлена не в ту сторону? Или в чем моя ошибка?

[Theoristos]

nekorrektnyj: в начальном приближении выглядит несложным. Кинетическая энергия тигра должна быть поглощена, перейдя в упругую деформацию ограждения и деформацию тигра (не обязательно упругую). Последняя часть разрешает противоречие с поведением прочных, но хрупких ограждений типа бетона и природного камня.
Вопрос с величиной деформации тигра.

[nekorrektnyj]

Theoristos
подождите-подождите с деформациями, я сейчас пытаюсь определить силу непосредственно перед моментом удара, то есть деформации на данном этапе пока что равны 0, или нет?
Уже исходя из этой силы (и момента) будет рассчитываться материал (и соответственно кофициент упругости и тд) ограждения. В идеале деформации должны же быть нулевыми (для забора, не для тигра), но это уже вопрос сопромата.

[Theoristos]

nekorrektnyj в сообщении #1477578 писал(а):

Theoristos
подождите-подождите с деформациями, я сейчас пытаюсь определить силу непосредственно перед моментом удара, то есть деформации на данном этапе пока что равны 0, или нет?
Уже исходя из этой силы (и момента) будет рассчитываться материал (и соответственно кофициент упругости и тд) ограждения. В идеале деформации должны же быть нулевыми (для забора, не для тигра), но это уже вопрос сопромата.

Силу, простите, чего?

Ещё раз, перед столкновением тигр (в начальном приближении его можно представить как-то вот так) имеет весомый запас кинетической энергии. Она в процессе столкновения должна быть поглощена/рассеяна.
Если оградой - то упругой деформацией ограды, для чего она должна несколько поддаваться, не заходя в область НЕупругих деформаций. То же стекло бьётся не потому что непрочное, а потому что жетское - в процессе удара деформации не хватает чтоб погасить энергию, силы нарастают, пока не доходят до точки разрушения. Резиновая же пластина будет упруго прогибаться, отбрасывая налетающее тело назад. Впрочем, увы, она не стойка к иным способам воздействия.
Если тигром - должна быть достаточно прочна, чтоб усилия при столкновении существенно деформировали только тигра. К сожалению, таблиц деформируемости тигров у меня нет, разве что привлечь физиков-эксприментаторов.

-- Чт авг 06, 2020 09:33:50 --

ps: усилие при торможении сферического тигра об бесконечно твёрдую поверхность можно ограничить величиной

$m_{/{\frac{\lll\ggg}{\parallel \parallel}}^{\circ\circ}}\sqrt{2 v__{/{\frac{\lll\ggg}{\parallel \parallel}}^{\circ\circ}} / L_{/{\frac{\lll\ggg}{\parallel \parallel}}^{\circ\circ}}}$, где

$m_{/{\frac{\lll\ggg}{\parallel \parallel}}^{\circ\circ}}$,$v_{/{\frac{\lll\ggg}{\parallel \parallel}}^{\circ\circ}}$ и $L_{/{\frac{\lll\ggg}{\parallel \parallel}}^{\circ\circ}}$ - масса, скорость и характерный размер хищника.
К сожалению, такая оценка силы является оценкой снизу.