摘 要

本文將介紹復合材料沖擊后壓縮強度（CAI）測試概念、相關標準，并重點介紹了測試時主要挑戰和解決方案。

復合材料沖擊后壓縮強度（Compression After Impact，CAI）試驗主要是用于定義復合材料在經歷沖擊載荷后的抗損傷能力。對復合材料層壓板的沖擊可能不會導致明顯的外部損傷，但可能會導致抗壓強度大幅降低。

使用復合材料的汽車零部件設計應考慮沖擊對材料性能的影響。該數據可通過使用配置有CAI附件的Instron Drop Tower設備，并按照專用標準（如ASTM D7136M、ASTM D7136）計算得到。

CAI測試標準及注意事項

ASTM D7136/D7136M-05以波音BSS 7260 II型2類沖擊為基礎，涵蓋了測量經落錘沖擊試驗的纖維增強聚合物基復合材料板的抗損傷性。每種材料/鋪層應測試五個扁平矩形試樣。

使用的勢能為4.94 ft-lb（6.7J）乘以試樣厚度。使用直徑為0.625英寸（16mm）的半球形沖擊器，將試樣支撐在剛性支撐夾具上，并在支撐底座中具有適當尺寸的窗口，使其承受面外集中沖擊，材料的抗損傷性根據試樣中留下的損傷大小和類型計算。

當要求提供該標準的測試解決方案時，建議使用Instron 9440或9450。對于沖擊能量要求介于1.0–97.9 ft-lbs（1.356–132.8 J）之間的客戶，建議采用9340。當沖擊能量范圍為1.9–1182英尺-磅（2.6–1603 J），建議使用9350。

復合材料CAI測試面臨的主要挑戰

雖然與金屬材料相比，復合材料具有優異的機械性能（即高強度和高剛度），而且重量也較輕，但其對沖擊造成的損傷的耐受性較差。損傷類型可能很復雜、形狀不規則，并可能影響結構的所有層。此外，它們可能幾乎看不見或隱藏在視野以外。

低能量沖擊被認為是最危險的，因為在對受沖擊表面進行常規目視檢查時，它們造成的損壞可能會被忽略。對部件造成明顯損傷的沖擊能量可能顯著高于對機械性能有顯著影響的沖擊能量。因此，研究層壓板的損傷容限以及不同沖擊能量對殘余強度的影響至關重要。

主要的解決方案

針對上述問題，Instron公司提出了自己的解決方案，通過使用Instron®9450落錘沖擊試驗機，可以研究層壓板的損傷容限，并確定不同沖擊能量對殘余強度的影響。對部件進行CAI測試表明，材料對不同沖擊條件的響應不同，使工程師能夠更經濟有效地設計和測試復合材料產品。

當配置有儀表化tup、數據采集和軟件時，可以捕獲和分析每次撞擊的力信號，幫助工程師提高對材料性能的了解。特殊溫度室的使用可以允許用戶研究相同材料在高達300°C的高溫環境中可能發生的反應。