復(fù)合材料是由兩種或兩種以上材料復(fù)合形成的新型材料。最常見的一類是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，從結(jié)構(gòu)上看它像紡織品的纖維布一層一層疊加復(fù)合在一起，利用樹脂進(jìn)行增韌固化。它因?yàn)榫哂兄亓枯p、比強(qiáng)度/比剛度高、抗疲勞性能好、適合一體化設(shè)計(jì)、各項(xiàng)異性等特點(diǎn)，使其一經(jīng)問世便備受關(guān)注。據(jù)報(bào)道，我國商用大飛機(jī)C919采用了約30%的復(fù)合材料，研制中的C929有望復(fù)合材料使用占比高達(dá)50%。不僅是飛機(jī)，可以說任何追求速度和輕量化的行業(yè)都希望能利用這樣一種新材料，如賽車、高速列車、航天器等。眾所周知的法拉利、帕加尼等超跑制造商很早就在車身上使用復(fù)合材料。

 

       碳纖復(fù)合材料雖然有著極高的強(qiáng)度，但也并非完美無缺。其中一個(gè)不可忽視的缺點(diǎn)就是耐沖擊性差。航空復(fù)合材料潛在威脅可能是來自制造、使用和維修過程中不可避免的低能量沖擊，如維修期間工具掉落、跑道碎石、冰雹等諸如此類的低能量外來物沖擊。這種沖擊在產(chǎn)品外觀上往往不易察覺，但其內(nèi)部可能出現(xiàn)分層、基體裂紋和纖維斷裂，材料或零件的強(qiáng)度有可能降至原本的50%甚至更低，所以早在上世紀(jì)80年代國外就通過落錘方法對材料進(jìn)行定量損傷，然后測試其剩余壓縮強(qiáng)度來評估其抗沖擊性能，這就是CAI（Compression after Impact）測試的由來。

 

       CAI測試在航空復(fù)合材料領(lǐng)域已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)化測試，涉及ASTM D7136/7137、GB/T21239、 空客AITM 1.0010、波音BSS 7260等標(biāo)準(zhǔn)。以ASTM D7136為例，其規(guī)定了使用公制100mmx150mm的矩形樣品，特定的夾具結(jié)構(gòu)和材質(zhì)。推薦樣品厚度h為4-6mm，使用落錘總質(zhì)量為5.5±0.25kg和直徑為16±0.1mm、硬度為60~62HRC的半球形光滑沖擊頭，以6.7J/mm×h（樣品厚度）的能量沖擊樣品，為了避免沖頭多次沖擊樣品造成額外損傷，落錘試驗(yàn)機(jī)需具備防二次沖擊功能。最后記錄沖擊表面和背面損傷情況，再使用萬能材料試驗(yàn)機(jī)對樣品進(jìn)行壓縮測試。

 

       除了傳統(tǒng)的CAI沖擊外，現(xiàn)在沖擊的方式和應(yīng)用范圍也在發(fā)生著變化。隨著很多復(fù)合材料被應(yīng)用到汽車車身，人們開始將汽車用塑料多軸沖擊的方法（ISO 6603、ASTM D3763）應(yīng)用到復(fù)合材料上，也就是將樣品固定后，用一定的速度或者能量直接將樣品沖穿，以獲得能量、載荷、形變的信息。并將虛擬仿真與實(shí)際測試進(jìn)行比較，這些結(jié)果都會(huì)被用于計(jì)算機(jī)輔助工程和材料卡生成。

 

       人們還希望對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行沖擊測試。應(yīng)用于蘭博基尼超級跑車的Forged Composites®（鍛造復(fù)合材料）打開了一個(gè)汽車領(lǐng)域尚未涉足的場景，其靈活高效的成型技術(shù)讓很多復(fù)合材料零部件成為可能。而對這些復(fù)雜多變的零部件測試，除了需要穩(wěn)定和可靠的測試結(jié)果以外，設(shè)備測試空間，傳感器抗側(cè)向力，嚴(yán)苛的測試環(huán)境場景都會(huì)是測試面臨的挑戰(zhàn)。

 

       INSTRON 9400系列試驗(yàn)機(jī)

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