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“輕量化神器”復(fù)合材料如何應(yīng)對沖擊損傷?

更新時間:2023-09-25點擊次數(shù):2206






復(fù)合材料因其重量輕、比強度高、抗疲勞性能好、適合一體化設(shè)計等特性,在航空航天、新能源汽車、化工等行業(yè)被廣泛應(yīng)用。


貫穿復(fù)合材料研究最引人注目的是其沖擊損傷問題,無論是相關(guān)的材料研究,結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點還是工藝制造和維護(hù)問題,碳纖維復(fù)合材料一進(jìn)入解決輕量化需求的應(yīng)用,遇到的技術(shù)關(guān)鍵就是沖擊損傷




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CAI 試驗方法要點





復(fù)合材料沖擊后壓縮強度(Compression After Impact,CAI)試驗主要用于定義復(fù)合材料在經(jīng)歷沖擊載荷后的抗損傷能力,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)。


自1980年代起,CAI 試驗方法經(jīng)歷了多次討論修訂完善,其中 ASTM D7136 和 D7136M 在全球范圍內(nèi)被廣泛傳播與使用。


以 ASTM D7136M 為例,其要點為:使用公制 100mmx150mm 的矩形樣品,推薦試樣厚度 h 為 4-6mm,使用落錘總質(zhì)量為 5.5±0.25kg 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)的能量沖擊試樣。


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Instron CAI 沖擊夾具


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Bluehill IMPACT 軟件內(nèi)置常見的 CAI 沖擊試驗方法


為了避免試驗過程中沖頭多次沖擊樣品造成額外損傷,落錘試驗機配備防二次沖擊功能,精確的預(yù)損傷形成后再使用萬能材料試驗機對樣品進(jìn)行壓縮或拉伸測試。


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試驗解決方案


Instron 作為落錘沖擊試驗機的行業(yè)代名詞,整合吸收了原美國 Dynatup 和意大利 CEAST 的技術(shù)優(yōu)勢,不斷迭代升級,在全球各行各業(yè)尤其是復(fù)合材料行業(yè)被廣泛應(yīng)用于品質(zhì)控制和研發(fā)。


從防止應(yīng)力和振動松動的螺紋厭氧膠、防震地腳、氣動阻止二次沖擊裝置,每一處細(xì)節(jié)都會被千錘百 “沖" ,以高于各國以及行業(yè)要求規(guī)范充分驗證后推向市場。


Instron® 9400 系列落錘沖擊試驗機可研究層壓板的沖擊損傷容限, 并確定不同沖擊能量對殘余強度的影響。


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Instron 落錘試驗系統(tǒng)


Bluehill Impact 軟件可幫助用戶輕松獲取整個沖擊過程中每個細(xì)節(jié)的精確信息,從能量和時間的曲線上可以清楚地看到施加的能量、吸收能、彈性能等信息。


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典型的復(fù)合材料CAI曲線


此外,Instron 的溫度環(huán)境箱可提供廣泛的溫度測試能力,幫助用戶研究相同材料在高達(dá) 300°C 的高溫環(huán)境中可能發(fā)生的反應(yīng)。


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溫度環(huán)境箱





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