冲击后压缩性能测试_CMA/CNAS资质，中析研究所官网|检测中心

技术概述

冲击后压缩性能测试（Compression After Impact，简称CAI测试）是评价纤维增强树脂基复合材料抗冲击损伤能力与损伤容限水平的关键试验方法之一。该测试通过模拟复合材料构件在实际服役过程中可能遭遇的低速冲击事件，先对标准试样施加规定能量的冲击，再对含冲击损伤的试样进行压缩试验，从而获得材料在损伤状态下的剩余压缩强度，以此表征材料对冲击损伤的敏感性。

复合材料层压结构在制造、装配、运输、维护和使用过程中，常常会受到工具跌落、冰雹撞击、鸟撞、跑道碎石飞溅等低速冲击的作用。这类冲击往往在材料表面仅留下目视勉强可见甚至完全不可见的损伤，而内部却可能已经产生大面积分层、基体开裂和纤维断裂等损伤形式，导致材料压缩承载能力大幅下降，严重威胁结构安全。冲击后压缩性能测试正是针对这一隐患设计的定量评价手段。

目前，冲击后压缩性能测试已形成较为完善的标准体系，常用标准包括ASTM D7136/D7137、ISO 18352、GB/T 21239、SACMA SRM 2R等。该测试广泛应用于航空航天、轨道交通、新能源等领域的复合材料选材、工艺验证、质量控制和结构设计许用值确定等环节，是衡量先进复合材料损伤容限设计能力的重要依据。

检测样品

冲击后压缩性能测试的样品通常为矩形平板状复合材料层压板，样品的铺层方式、纤维体积分数、孔隙率以及制备工艺都会对测试结果产生直接影响，因此送检前应充分明确样品信息。

样品形状：矩形平板试样，标准尺寸一般为100 mm×150 mm，具体以所执行标准为准；
材料类型：碳纤维/环氧、玻璃纤维/环氧、碳纤维/双马树脂等各类热固性复合材料层压板，部分热塑性复合材料亦可测试；
铺层要求：常规准各向同性铺层，如[45/0/-45/90]ns铺层形式，总厚度一般控制在4 mm左右；
样品数量：为保证数据统计有效性，每个测试条件一般建议不少于5件，具体数量可根据标准要求和数据用途确定；
样品状态：试样表面应平整、无划痕、无气泡、无分层等缺陷，边缘应光滑无毛刺，测试前需按标准进行状态调节。

此外，若客户关注特定铺层、特定厚度或特定树脂体系的材料表现，可在委托检测时说明，实验室将根据实际需求调整试样制备方案与试验参数，确保测试结果具有针对性和工程参考价值。

检测项目

冲击后压缩性能测试围绕“冲击—损伤表征—压缩破坏”全过程设置检测项目，主要包含以下内容：

冲击参数记录：冲击能量、冲击速度、冲击力—时间曲线、能量—时间曲线；
冲击损伤表征：冲击点凹坑深度、损伤投影面积、损伤形貌记录；
剩余压缩性能：冲击后剩余压缩强度（CAI强度）、压缩应力—应变曲线、压缩弹性模量；
破坏模式分析：压缩破坏形貌、破坏位置、失效模式记录与判定；
无损检测：超声C扫描评估冲击前后内部损伤面积与分布情况。

通过上述项目的组合，可以完整还原材料从受冲击到压缩失效的全过程，为材料评价与结构设计提供系统数据支撑。其中，冲击后剩余压缩强度是核心指标，其数值与未损伤压缩强度的比值可用于定量表征材料的冲击损伤敏感性。

检测方法

冲击后压缩性能测试一般分为试样制备与状态调节、低速冲击、损伤检测和压缩试验四个阶段，典型流程如下：

试样制备与检查：按标准尺寸加工试样，检查外观质量，测量试样长度、宽度和厚度，并进行状态调节；
低速冲击：将试样固定在带圆形开孔的支撑夹具上，采用落锤冲击装置以规定能量冲击试样中心部位，记录冲击速度、冲击力和能量曲线，冲击后检查试样是否穿透，若发生穿透则该数据无效；
损伤表征：测量冲击点凹坑深度，采用超声C扫描等方法测定内部损伤投影面积，必要时拍照记录表面形貌；
压缩试验：将含损伤试样安装于专用防屈曲压缩夹具中，夹具通过侧向支撑限制试样整体屈曲，以规定加载速率沿试样轴向施加压缩载荷，直至试样破坏，记录最大载荷、应力—应变曲线及破坏模式；
数据处理：根据最大压缩载荷与试样截面积计算冲击后剩余压缩强度，汇总各项数据并出具测试报告。

测试过程中应严格控制试样对中度、夹具预紧力、加载速率等细节。对于需要考察温度、湿度环境影响的项目，还可在标准环境或湿热、高低温等条件下开展试验，以获得更贴近实际服役环境的性能数据。

检测仪器

冲击后压缩性能测试涉及冲击、无损检测与静力压缩三类试验环节，常用仪器设备包括：

落锤式冲击试验机：配备半球形冲击头、力传感器、速度测量装置及防二次冲击机构，用于实施规定能量的低速冲击；
电子万能试验机：量程与精度满足压缩试验要求，配备载荷传感器与数据采集系统；
冲击后压缩专用夹具：带防屈曲导轨的组合式夹具，与试样尺寸配套；
超声C扫描检测系统：用于冲击前质量筛查与冲击后内部损伤面积测定；
凹坑深度测量仪：精确测量冲击点残余凹坑深度；
引伸计或应变测量装置：记录压缩过程中的应变数据，用于计算压缩模量；
环境试验箱：满足高低温、湿热条件下的测试需求；
尺寸测量工具：游标卡尺、测厚仪等，用于试样几何尺寸测量。

应用领域

冲击后压缩性能测试作为复合材料损伤容限评价的核心手段，在众多工业领域得到广泛应用：

航空航天：飞机机身、机翼蒙皮、舵面等主/次承力复合结构材料的选材验证、设计许用值测定与工艺评价；
轨道交通：高速列车车体、司机室、设备舱等复合材料部件的抗冲击性能评估；
新能源汽车：碳纤维车身部件、电池箱体、储氢瓶等结构的损伤容限验证；
风电新能源：风电叶片材料的抗冲击性能研究与质量控制；
船舶海洋：船用复合材料结构件的抗冲击损伤能力评价；
体育器材：高端自行车架、球拍、滑雪板等碳纤维制品的性能优化；
科研院所与高校：新型树脂体系、纤维材料、铺层设计与增韧技术的科学研究。

常见问题

问题一：冲击后压缩性能测试的检测周期是多久？

冲击后压缩性能测试的检测周期一般为7-15个工作日。实际周期会受到多种因素影响，包括检测项目数量、样品数量、试验方法复杂程度以及是否需要进行状态调节、湿热老化等前置处理。若测试涉及多组冲击能量水平、多个环境条件或大批量试样，周期会相应延长。对于时间紧迫的客户，可提前与实验室沟通加急安排，实验室会根据整体排产情况优先处理，尽量缩短报告交付时间。

问题二：冲击后压缩性能测试的检测价格是多少？

冲击后压缩性能测试的价格需结合具体测试方案确定，主要影响因素包括检测项目内容（如是否包含无损检测、环境条件试验）、所执行的标准方法、样品数量、铺层与厚度规格以及检测周期要求等。不同客户的测试需求差异较大，无法一概而论。建议在委托检测前与实验室充分沟通测试目的与技术要求，获取针对性的测试方案和准确报价。

问题三：什么是“目视勉强可见冲击损伤”，为什么它对冲击后压缩性能测试如此重要？

目视勉强可见冲击损伤是指复合材料表面凹坑深度接近目视检测极限（通常约0.3~0.5 mm）的冲击损伤。这类损伤表面几乎看不出异常，但材料内部可能已形成大面积分层，压缩强度可下降百分之三十以上，是复合材料结构最危险的隐患之一。冲击后压缩性能测试正是通过定量评估这类损伤对压缩承载能力的影响，为结构的损伤容限设计和无损检测门槛值的确定提供依据。

问题四：冲击后压缩性能测试常依据哪些标准？

目前常用的标准包括ASTM D7136（落锤冲击测定复合材料耐损伤性能）与ASTM D7137（冲击损伤后压缩剩余强度测定）、ISO 18352、GB/T 21239以及SACMA SRM 2R等。不同标准在试样尺寸、铺层形式、冲击能量、夹具结构和数据处理细节上存在差异，委托检测时应根据产品应用领域、客户规范或设计要求选择合适的标准，必要时也可按企业技术规范执行。

问题五：测试中的冲击能量是如何确定的？

冲击能量的确定方式主要有两种：一是按标准规定，例如某些方法采用与试样厚度相关的规定能量水平；二是按客户要求指定能量，如模拟实际使用中工具跌落、冰雹或碎石冲击的能量。实验室一般会先进行预冲击试验，评估材料损伤情况后再确定正式测试能量，确保冲击产生明显的内部损伤但不发生穿透，从而获得有效的剩余压缩强度数据。

问题六：为什么冲击后需要进行超声C扫描等无损检测？

复合材料受到低速冲击后，表面可能仅留下轻微凹坑，内部损伤范围难以从外观判断。超声C扫描能够准确测定试样内部分层、基体裂纹等损伤的投影面积和分布情况，是判断冲击有效性和表征损伤程度的关键手段。同时，冲击前的C扫描还可筛查试样固有缺陷，避免原始分层等制造缺陷干扰测试结果，保证数据的准确性和可追溯性。

问题七：哪些因素会影响冲击后压缩性能测试结果？

影响冲击后压缩性能测试结果的因素较多，主要包括：材料本身因素，如纤维类型与规格、树脂体系韧性、铺层顺序、纤维体积分数和孔隙率等；工艺因素，如固化工艺参数、试样加工质量与边缘状态；试验条件因素，如冲击能量、冲击头形状与直径、试样支撑边界条件、压缩夹具对中度和预紧力、加载速率以及试验温度和湿度等。为保证结果的可比性与重复性，测试应严格按标准执行，并详细记录各项试验条件。