复合材料中高速与低速落锤冲击对比分析

许燕杰，赵一权

中汽研汽车检验中心（天津）有限公司，天津 300300

连续纤维增强树脂基复合材料以轻质高强、可设计性强等特点，在航天航空、船舶等领域得到广泛应用，在汽车领域也受到了越来越多的重视。复合材料面外冲击性能一般通过落锤冲击方法进行测试，复合材料落锤冲击标准有ASTM D7136和ISO 18352，两个标准均通过自由落体实现一定的冲击速度，这也限制了冲击速度一般低于10m/s（对应自由落体高度为5.1m）。

目前针对复合材料冲击损伤研究主要集中在低速冲击领域。张子龙等[1]总结了国外几种复合材料冲击损伤及冲击后压缩强度实验方法，冲头重量为1～5kg，冲击速度均属于低速，并提出了等效的小尺寸试样冲击损伤实验方法。Abrate[2]研究了复合材料在低速冲击时动力学响应。杨斌等[3]研究了玻璃纤维-碳纤维混杂复合材料在低速冲击下的性能。文章通过自由落体与碰撞结合的方法实现对复合材料的中高速冲击，研究中高速冲击下复合材料的损伤，并与低速高重量落锤冲击损伤进行对比。

1 实验部分

1.1 实验材料及工装仪器

（1）实验材料：碳纤维增强树脂基复合材料，碳纤维选取T700级国产碳纤维，树脂选取东华大学ME306中温环氧树脂，铺层方向为[(0°/90°)/(45°/-45°)/(0°/90°)/(45°/-45°)/(0°/90°)]s，成型工艺选取热压罐成型法。（2）试样尺寸：200mm×160mm×2mm。（3）样品固定夹具：四边均为带槽钢块，上方螺丝夹持样品，有效冲击尺寸为160mm×120mm，支撑样品离地高度为10mm。（4）超声C扫仪：厂家为德国PVA公司，型号为AM300。

1.2 实验过程

（1）方法原理。将低重量落锤置于一定高度，通过重量较大的不锈钢块经自由落体后碰撞低重量落锤，使低重量落锤获得较高速度，落锤在重力作用下继续下落冲击复合材料板材，中高速落锤冲击示意图如图1所示。……