复合材料中冲击测试检测方案(万能试验机)

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【敲黑板】复合材料的冲击测试 复合材料是由两种或两种以上材料复合形成的新型材料。最常见的一类是碳纤维增强复合材料，从结构上看它像纺织品的纤维布一层一层叠加复合在一起，利用树脂进行增韧固化。它因为具有重量轻、比强度/比刚度高、抗疲劳性能好、适合一体化设计、各项异性等特点，使其一经问世便备受关注。据报道，我国商用大飞机C919采用了约30%的复合材料，研制中的C929有望复合材料使用占比高达50%。不仅是飞机，可以说任何追求速度和轻量化的行业都希望能利用这样一种新材料，如赛车、高速列车、航天器等。众所周知的法拉利、帕加尼等超跑制造商很早就在车身上使用复合材料。 纤维复合材料板 碳纤复合材料虽然有着极高的强度，但也并非完美无缺。其中一个不可忽视的缺点就是耐冲击性差。航空复合材料潜在威胁可能是来自制造、使用和维修过程中不可避免的低能量冲击，如维修期间工具掉落、跑道碎石、冰雹等诸如此类的低能量外来物冲击。这种冲击在产品外观上往往不易察觉，但其内部可能出现分层、基体裂纹和纤维断裂，材料或零件的强度有可能降至原本的50%甚至更低，所以早在上世纪80年代国外就通过落锤方法对材料进行定量损伤，然后测试其剩余压缩强度来评估其抗冲击性能，这就是CAI（Compression after Impact）测试的由来。 CAI冲击视频     碳纤维泡沫夹芯材料在不同能量冲击后的表面状况（从左到右：5J，10J，15J，20J） CAI测试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。以ASTM D7136为例，其规定了使用公制100mmx150mm的矩形样品，特定的夹具结构和材质。推荐样品厚度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）的能量冲击样品，为了避免冲头多次冲击样品造成额外损伤，落锤试验机需具备防二次冲击功能。最后记录冲击表面和背面损伤情况，再使用万能材料试验机对样品进行压缩测试。 INSTRON CAI冲击夹具 但对于科研或者产品研发的人们而言，他们研究复合材料抗冲击性能的方式常常不局限于标准的测试，他们关注过程和失效分析，冲击后也对样品进行拉伸或者剪切，往往追求更灵活的测试条件。 科研人员在讨论复合材料冲击测试结果 测试软件界面 人们希望通过INSTRON落锤试验机可以获得整个冲击过程中每个细节的精确信息。如下面一个典型的CAI冲击曲线，从位移和载荷的曲线可以看到开始阶段样品的变形属于弹性弯曲，所以变形量也是随着冲击载荷呈单调上升；达到初始破坏载荷后材料开始损伤，曲线出现小的振荡；紧接着是基体持续开裂、层间裂纹扩展，出现峰值载荷、载荷下降等一系列过程，这些也都很直观地反映在测试结果曲线上。从能量和时间的曲线看，可以清楚的看到施加的能量、吸收能和弹性能等信息。这些通过INSTRON的Bluehill Impact软件都可以轻松获取。 典型的复合材料CAI曲线            冲击后通过水浸超声和X-Ray无损探伤分析1 除了传统的CAI冲击外，现在冲击的方式和应用范围也在发生着变化。随着很多复合材料被应用到汽车车身，人们开始将汽车用塑料多轴冲击的方法（ISO 6603、ASTM D3763）应用到复合材料上，也就是将样品固定后，用一定的速度或者能量直接将样品冲穿，以获得能量、载荷、形变的信息。并将虚拟仿真与实际测试进行比较，这些结果都会被用于计算机辅助工程和材料卡生成。 实际冲击和仿真对比 人们还希望对结构件进行冲击测试。应用于兰博基尼超级跑车的Forged Composites®（锻造复合材料）打开了一个汽车领域尚未涉足的场景，其灵活高效的成型技术让很多复合材料零部件成为可能。而对这些复杂多变的零部件测试，除了需要稳定和可靠的测试结果以外，设备测试空间，传感器抗侧向力，严苛的测试环境场景都会是测试面临的挑战。 大型复合材料零部件的在高低温环境下进行冲击测试 当材料或者产品在实际使用的过程中，有承受冲击风险的时候，人们就很容易想起使用落锤冲击试验机进行评估材料性能。研究纤维种类、基体树脂、铺层方式、零件结构、环境温度等等因素对冲击材料性能的影响，以更好的研发材料配方和优化设计，加速产品的上市。 其他复合材料的冲击案例： 类似ISO 179简支梁的方式冲击复合材料 纤维增强混凝土冲击测试               泡沫铝复合材料板穿透冲击 INSTRON 9400系列试验机 9400是INSTRON最新一代落锤冲击试验机，在传承安全、精确、灵活性等优点外，它搭载全新Bluehill平台测试软件，基于触控设计的全新操作流程，让设备使用更加便捷、更智能、更安全，大幅提升客户体验。我们坚持以终为始，从设计到制造都积累了丰富的经验，以帮助客户迎接各类测试挑战。 新一代9400落锤冲击试验机 Bluehill Impact测试软件 如果您希望了解更多冲击测试知识和应用，欢迎联系我们一起探讨交流。 【敲黑板】复合材料的冲击测试英斯特朗 3月30日复合材料是由两种或两种以上材料复合形成的新型材料。最常见的一类是碳纤维增强复合材料，从结构上看它像纺织品的纤维布一层一层叠加复合在一起，利用树脂进行增韧固化。它因为具有重量轻、比强度/比刚度高、抗疲劳性能好、适合一体化设计、各项异性等特点，使其一经问世便备受关注。据报道，我国商用大飞机C919采用了约30%的复合材料，研制中的C929有望复合材料使用占比高达50%。不仅是飞机，可以说任何追求速度和轻量化的行业都希望能利用这样一种新材料，如sai车、高速列车、航天器等。众所周知的法拉利、帕加尼等超跑制造商很早就在车身上使用复合材料。纤维复合材料板碳纤复合材料虽然有着极高的强度，但也并非完美无缺。其中一个不可忽视的缺点就是耐冲击性差。航空复合材料潜在威胁可能是来自制造、使用和维修过程中不可避免的低能量冲击，如维修期间工具掉落、跑道碎石、冰雹等诸如此类的低能量外来物冲击。这种冲击在产品外观上往往不易察觉，但其内部可能出现分层、基体裂纹和纤维断裂，材料或零件的强度有可能降至原本的50%甚至更低，所以早在上世纪80年代国外就通过落锤方法对材料进行定量损伤，然后测试其剩余压缩强度来评估其抗冲击性能，这就是CAI（Compression after Impact）测试的由来。">CAI冲击视频碳纤维泡沫夹芯材料在不同能量冲击后的表面状况（从左到右：5J，10J，15J，20J）CAI测试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。以ASTM D7136为例，其规定了使用公制100mmx150mm的矩形样品，特定的夹具结构和材质。推荐样品厚度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）的能量冲击样品，为了避免冲头多次冲击样品造成额外损伤，落锤试验机需具备防二次冲击功能。最后记录冲击表面和背面损伤情况，再使用万能材料试验机对样品进行压缩测试。INSTRON CAI冲击夹具但对于科研或者产品研发的人们而言，他们研究复合材料抗冲击性能的方式常常不局限于标准的测试，他们关注过程和失效分析，冲击后也对样品进行拉伸或者剪切，往往追求更灵活的测试条件。科研人员在讨论复合材料冲击测试结果测试软件界面人们希望通过INSTRON落锤试验机可以获得整个冲击过程中每个细节的精确信息。如下面一个典型的CAI冲击曲线，从位移和载荷的曲线可以看到开始阶段样品的变形属于弹性弯曲，所以变形量也是随着冲击载荷呈单调上升；达到初始破坏载荷后材料开始损伤，曲线出现小的振荡；紧接着是基体持续开裂、层间裂纹扩展，出现峰值载荷、载荷下降等一系列过程，这些也都很直观地反映在测试结果曲线上。从能量和时间的曲线看，可以清楚的看到施加的能量、吸收能和弹性能等信息。这些通过INSTRON的Bluehill Impact软件都可以轻松获取。典型的复合材料CAI曲线冲击后通过水浸超声和X-Ray无损探伤分析除了传统的CAI冲击外，现在冲击的方式和应用范围也在发生着变化。随着很多复合材料被应用到汽车车身，人们开始将汽车用塑料多轴冲击的方法（ISO 6603、ASTM D3763）应用到复合材料上，也就是将样品固定后，用一定的速度或者能量直接将样品冲穿，以获得能量、载荷、形变的信息。并将虚拟仿真与实际测试进行比较，这些结果都会被用于计算机辅助工程和材料卡生成。实际冲击和仿真对比人们还希望对结构件进行冲击测试。应用于兰博基尼超级跑车的Forged Composites®（锻造复合材料）打开了一个汽车领域尚未涉足的场景，其灵活高效的成型技术让很多复合材料零部件成为可能。而对这些复杂多变的零部件测试，除了需要稳定和可靠的测试结果以外，设备测试空间，传感器抗侧向力，严苛的测试环境场景都会是测试面临的挑战。大型复合材料零部件的在高低温环境下进行冲击测试当材料或者产品在实际使用的过程中，有承受冲击风险的时候，人们就很容易想起使用落锤冲击试验机进行评估材料性能。研究纤维种类、基体树脂、铺层方式、零件结构、环境温度等等因素对冲击材料性能的影响，以更好的研发材料配方和优化设计，加速产品的上市。其他复合材料的冲击案例：类似ISO 179简支梁的方式冲击复合材料纤维增强混凝土冲击测试泡沫铝复合材料板穿透冲击INSTRON 9400系列试验机9400是INSTRONzui新一代落锤冲击试验机，在传承安全、精确、灵活性等优点外，它搭载全新Bluehill平台测试软件，基于触控设计的全新操作流程，让设备使用更加便捷、更智能、更安全，大幅提升客户体验。我们坚持以终为始，从设计到制造都积累了丰富的经验，以帮助客户迎接各类测试挑战。