“轻量化神器”复合材料如何应对冲击损伤？
时间：2023-09-25 阅读：1835
复合材料因其重量轻、比强度高、抗疲劳性能好、适合一体化设计等特性，在航空航天、新能源汽车、化工等行业被广泛应用。
贯穿复合材料研究最引人注目的是其冲击损伤问题，无论是相关的材料研究，结构设计的重点还是工艺制造和维护问题，碳纤维复合材料一进入解决轻量化需求的应用，遇到的技术关键就是冲击损伤。
复合材料冲击后压缩强度（Compression After Impact，CAI）试验主要用于定义复合材料在经历冲击载荷后的抗损伤能力，在航空复合材料领域已经是标准化测试，涉及ASTM D7136/7137、GB/T21239、 空客AITM 1.0010、波音BSS 7260等标准。
自1980年代起，CAI 试验方法经历了多次讨论修订完善，其中 ASTM D7136 和 D7136M 在全球范围内被广泛传播与使用。
以 ASTM D7136M 为例，其要点为：使用公制 100mmx150mm 的矩形样品，推荐试样厚度 h 为 4-6mm，使用落锤总质量为 5.5±0.25kg 和直径为 16±0.1mm、硬度为 60~62HRC 的半球形光滑冲击头，以 6.7J/mm×h（样品厚度）的能量冲击试样。
Instron CAI 冲击夹具
Bluehill IMPACT 软件内置常见的 CAI 冲击试验方法
为了避免试验过程中冲头多次冲击样品造成额外损伤，落锤试验机配备防二次冲击功能，精确的预损伤形成后再使用万能材料试验机对样品进行压缩或拉伸测试。
Instron 作为落锤冲击试验机的行业代名词，整合吸收了原美国 Dynatup 和意大利 CEAST 的技术优势，不断迭代升级，在全球各行各业尤其是复合材料行业被广泛应用于品质控制和研发。
从防止应力和振动松动的螺纹厌氧胶、防震地脚、气动阻止二次冲击装置，每一处细节都会被千锤百 “冲” ，以高于各国以及行业要求规范充分验证后推向市场。
Instron® 9400 系列落锤冲击试验机可研究层压板的冲击损伤容限, 并确定不同冲击能量对残余强度的影响。
Instron 落锤试验系统
Bluehill Impact 软件可帮助用户轻松获取整个冲击过程中每个细节的精确信息，从能量和时间的曲线上可以清楚地看到施加的能量、吸收能、弹性能等信息。
典型的复合材料CAI曲线
此外，Instron 的温度环境箱可提供广泛的温度测试能力，帮助用户研究相同材料在高达 300°C 的高温环境中可能发生的反应。
温度环境箱