沖擊測試是一個(gè)關(guān)鍵的評(píng)估過程，可確定材料或產(chǎn)品在遭受突然的力或沖擊時(shí)的韌性、彈性和耐久性。該測試對(duì)于各個(gè)行業(yè)來說都是必不可少的，以確保材料和產(chǎn)品的安全性、性能和可靠性。沖擊測試有助于通過模擬現(xiàn)實(shí)條件來識(shí)別潛在的弱點(diǎn)并改進(jìn)材料配方和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
幾種主要的沖擊測試方法可測量材料在沖擊下的性能。最常用的方法包括夏比沖擊試驗(yàn)、懸臂梁沖擊試驗(yàn)、落錘試驗(yàn)和穿刺沖擊試驗(yàn)。每種方法都采用不同的技術(shù)，并在各個(gè)行業(yè)中發(fā)揮獨(dú)特的作用。
? 簡支梁沖擊試驗(yàn)
? 懸臂梁沖擊試驗(yàn)
? 落錘沖擊試驗(yàn)
? 穿刺沖擊測試。
夏比沖擊試驗(yàn)，也稱為“夏比 V 型缺口試驗(yàn)”，是一種標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)方法，用于確定材料（特別是金屬）的沖擊韌性。它評(píng)估材料在受到突然沖擊時(shí)斷裂時(shí)吸收能量的能力。它是最廣泛使用的測量材料彈性的方法之一，以其發(fā)明者、法國科學(xué)家喬治·夏比 (Georges Charpy)的名字命名。該視頻展示了如何執(zhí)行典型的夏比沖擊測試：
? 樣品制備：小型標(biāo)準(zhǔn)化樣品，通常是一側(cè)加工有 V 形凹口的矩形棒。該凹口會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，在受到?jīng)_擊時(shí)會(huì)促進(jìn)斷裂。測試裝置包括擺錘、有缺口的樣品架以及用于記錄吸收能量的數(shù)字或模擬顯示器。將有缺口的試樣水平放置在夾具中，從特定高度釋放擺錘，沖擊缺口處的試樣。
? 試驗(yàn)程序：將試樣水平放置在試驗(yàn)機(jī)中，缺口朝向沖擊方向。擺錘從已知高度釋放，以預(yù)定速度撞擊樣本。
? 能量測量：通過沖擊后擺錘擺動(dòng)高度的減小來測量試樣在斷裂過程中吸收的能量。該能量通常以焦耳 (J) 或英尺-磅 (ft-lb) 為單位報(bào)告。
夏比沖擊試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于建筑、汽車和航空航天工業(yè)，以評(píng)估金屬、復(fù)合材料和聚合物的韌性。該測試有助于確保結(jié)構(gòu)鋼能夠承受地震或建筑行業(yè)其他動(dòng)態(tài)事件期間的影響。
? ASTM E23、ASTM D6110、ASTM A370、ASTM D256
? ISO 13479、ISO 148-1
? EN 10045-1、EN ISO 179-1
雖然夏比沖擊試驗(yàn)廣泛用于金屬，但懸臂梁沖擊試驗(yàn)更常用于塑料和其他較軟的材料。在艾佐德測試中，有缺口的樣本垂直放置而不是水平放置。此外，懸臂梁試驗(yàn)中的擺錘在缺口正上方的單個(gè)點(diǎn)上撞擊樣本，而在夏比試驗(yàn)中，擺錘在缺口對(duì)面的表面上撞擊樣本。
雖然夏比沖擊試驗(yàn)主要用于金屬，但懸臂梁法通常用于聚合物和塑料沖擊試驗(yàn)。它有助于評(píng)估消費(fèi)品、汽車零部件和包裝材料中使用的塑料材料的抗沖擊性。
? ASTM D256、ASTM D4508、ASTM D4812
? ISO 180、ISO 148-1、ISO 9854-1
該方法也稱為落塔測試，可評(píng)估材料在碰撞和跌落等高速?zèng)_擊下的行為。測試裝置由落塔、重物或沖擊器以及樣品架組成。重物從預(yù)定高度落到樣品上，傳感器記錄撞擊過程中的力、速度和能量。
盡管落錘測試已用于數(shù)百個(gè)行業(yè)和應(yīng)用，但它廣泛應(yīng)用于汽車和運(yùn)動(dòng)器材行業(yè)。汽車安全落錘測試有助于評(píng)估汽車零部件的耐撞性。在運(yùn)動(dòng)器材中，它驗(yàn)證頭盔和護(hù)具的抗沖擊能力。
? ASTM E208、ASTM D7136、ASTM D3763、ASTM F1459
? ISO 6603-2、ISO 3127、ISO 13356
? EN 774、EN ISO 6603-1
穿刺沖擊測試根據(jù)其對(duì)尖頭物體穿刺或穿透的抵抗力來衡量材料的耐用性。該測試對(duì)于評(píng)估防護(hù)裝備和包裝材料的韌性和耐用性至關(guān)重要。該測試裝置包括穿刺探針、樣本架和力測量系統(tǒng)。探針以受控速度進(jìn)入樣本，并使用 DAQ 儀器顯示和記錄刺穿材料所需的力。
穿刺沖擊測試通常用于包裝、醫(yī)療和運(yùn)動(dòng)器材行業(yè)。它有助于確保包裝材料保護(hù)內(nèi)容物免受尖銳物體的侵害，并且防護(hù)裝備能夠在高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中承受穿刺。
? ASTM D781、ASTM D3420、ASTM D6098、ASTM D3763
? ISO 6603-2、ISO 7765-2、ISO 8295、ISO 7765
? EN 14125、EN ISO 6603-2
該測試主要用于涂料，評(píng)估油漆、清漆或其他涂料的抗沖擊性。落下的重物撞擊涂層樣品，并檢查由此產(chǎn)生的損壞或裂紋。
? ASTM D2794、ASTM D4226、ASTM D5420
? ISO 6272-1、ISO 6272-2
該測試通過測量材料抵抗局部塑性變形的能力來測量材料的硬度。將硬鋼球或硬質(zhì)合金球在負(fù)載下壓入材料中，并測量壓痕深度。
? ASTM D785、ASTM E18、ASTM E140
? ISO 6508-1、ISO 6508-2
多軸沖擊測試通過同時(shí)引入來自多個(gè)方向的力來擴(kuò)展傳統(tǒng)沖擊測試。這更好地模擬了材料承受復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)而不是簡單的單軸載荷的現(xiàn)實(shí)條件。多軸測試可以更深入地了解材料在更現(xiàn)實(shí)的多方向負(fù)載條件下的實(shí)際韌性、靈活性和彈性。它可能會(huì)暴露材料中的更多弱點(diǎn)或漏洞，從而更好地理解其在實(shí)際使用中的表現(xiàn)。
雖然傳統(tǒng)測試（ASTM、ISO）擁有完善的標(biāo)準(zhǔn)，但多軸沖擊測試更加專業(yè)，并且通常是針對(duì)特定行業(yè)定制設(shè)計(jì)的。目前還沒有那么多被廣泛接受的多軸測試標(biāo)準(zhǔn)，但一些行業(yè)使用專有的測試和模擬來評(píng)估多軸應(yīng)力下的性能，特別是在航空航天、汽車和國防等領(lǐng)域。
多軸沖擊測試的一個(gè)具體示例是汽車行業(yè)中使用的落塔測試，用于模擬翻車事故期間車頂擠壓的情況。該測試評(píng)估在涉及同時(shí)作用的垂直力和橫向力的翻車事件中，車輛的車頂結(jié)構(gòu)在復(fù)雜的多向力作用下的表現(xiàn)。這可以深入了解材料在此類碰撞中保護(hù)乘員并保持結(jié)構(gòu)完整性的能力。該測試有助于確定車輛是否符合車頂抗壓性的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。
? FMVSS 216（聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)）（美國）
? UN/ECE 法規(guī) 135（屋頂強(qiáng)度）
? 全球 NCAP（新車評(píng)估計(jì)劃）
? ASTM D3763、ASTM D7192
? ISO 6603、ISO 7765
沖擊和跌落測試涉及力學(xué)原理，特別是動(dòng)力學(xué)原理，以評(píng)估材料或產(chǎn)品對(duì)突然力量的反應(yīng)。與這些測試相關(guān)的基本數(shù)學(xué)屬性和概念包括：
? 力量
? 動(dòng)能
? 勢能
? 速度
? 勢頭
? 壓力
? 拉緊
? 沖擊韌性
讓我們仔細(xì)看看其中每一個(gè)：
? 定義：力是導(dǎo)致物體改變其速度或方向的相互作用。
? 公式： F = ma，其中F為力，m為物體質(zhì)量，a為加速度。
? 應(yīng)用：在沖擊測試中，沖擊過程中施加在材料上的力是一個(gè)至關(guān)重要的測量值。力越大，材料變形或斷裂的可能性就越大。
? 定義：物體由于其運(yùn)動(dòng)而擁有的能量。
? 公式： Ek = 1/2 mv2，其中Ek 是動(dòng)能，m是質(zhì)量，v是物體的速度。
? 應(yīng)用：在沖擊測試中，材料吸收的能量（通過沖擊前后物體（或擺錘）高度的差來測量）是材料韌性的關(guān)鍵指標(biāo)。
? 定義：物體由于其位置或高度而儲(chǔ)存的能量。
? 公式： Ep = mgh，其中Ep是勢能，m是質(zhì)量，g是重力加速度，h是高度。
? 應(yīng)用：在跌落測試中，重物或物體釋放并撞擊樣本時(shí)，其勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。
? 定義：物體改變其位置的速率。
? 公式： v = 2gh （對(duì)于從高度h掉落的物體）
? 應(yīng)用：在跌落測試中，計(jì)算物體在撞擊時(shí)的速度，以確定碰撞中涉及的力和能量。
? 定義：物體的運(yùn)動(dòng)量，取決于其質(zhì)量和速度。
? 公式： p = mv，其中p是動(dòng)量，m是質(zhì)量，v是速度。
? 應(yīng)用：在沖擊測試中，動(dòng)量有助于分析擺錘（或重物）與樣本之間的碰撞，從而影響材料的響應(yīng)。
? 定義：材料內(nèi)單位面積的內(nèi)力由外力產(chǎn)生。
? 公式： σ = F/A，其中σ是應(yīng)力，F(xiàn)是施加的力，A是橫截面積。
? 定義：材料因應(yīng)力而變形或位移。
? 公式：? = LL，其中 ? 為應(yīng)變，LΔ為長度變化，L為原始長度。
? 應(yīng)用：應(yīng)力和應(yīng)變是評(píng)估材料在沖擊下如何變形的基礎(chǔ)，有助于確定其韌性和彈性。
? 定義：材料斷裂前吸收能量的量度。
? 公式：韌性通常表示為應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積，或根據(jù)沖擊試驗(yàn)（例如夏比試驗(yàn)或懸臂梁試驗(yàn)）中吸收的能量計(jì)算得出。
? 應(yīng)用：沖擊韌性是材料科學(xué)中的一個(gè)關(guān)鍵特性。它表明材料承受突然沖擊而不破裂的能力。
這些屬性和公式對(duì)于分析和解釋沖擊和跌落測試結(jié)果是不可或缺的，可以深入了解材料承受動(dòng)態(tài)力和沖擊的能力。
沖擊測試可確保各個(gè)行業(yè)的材料和產(chǎn)品的安全性、性能和可靠性。以下是沖擊測試至關(guān)重要的一些關(guān)鍵原因：
? 安全保證：沖擊測試有助于識(shí)別材料和產(chǎn)品中的潛在弱點(diǎn)，這些弱點(diǎn)可能會(huì)在突然負(fù)載或沖擊下導(dǎo)致災(zāi)難性故障。例如，汽車行業(yè)的沖擊測試可確保車輛部件能夠承受碰撞，從而降低乘客受傷的風(fēng)險(xiǎn)。
? 性能優(yōu)化：制造商可以通過了解材料如何響應(yīng)沖擊來優(yōu)化其配方和設(shè)計(jì)，以提高性能。例如，航空航天應(yīng)用中復(fù)合材料的沖擊測試可以幫助工程師開發(fā)更輕、更堅(jiān)固的部件。
? 質(zhì)量控制：生產(chǎn)過程中定期進(jìn)行沖擊測試，確保材料和產(chǎn)品符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和要求。這有助于保持一致的質(zhì)量并降低可能損害安全和性能的缺陷風(fēng)險(xiǎn)。
? 研究與開發(fā)：沖擊測試對(duì)于開發(fā)新材料和產(chǎn)品至關(guān)重要。通過評(píng)估實(shí)驗(yàn)材料的抗沖擊性，研究人員可以確定有希望進(jìn)一步開發(fā)和商業(yè)化的候選材料。
沖擊測試應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，每個(gè)行業(yè)都有獨(dú)特的要求和標(biāo)準(zhǔn)。以下是沖擊測試的一些特定行業(yè)應(yīng)用：
汽車行業(yè)的沖擊測試對(duì)于評(píng)估車輛部件的耐撞性和確保乘客安全至關(guān)重要。各種沖擊試驗(yàn)，包括夏比沖擊試驗(yàn)、懸臂梁試驗(yàn)和落錘試驗(yàn)，可評(píng)估車身、保險(xiǎn)杠和內(nèi)飾部件中使用的金屬、塑料和復(fù)合材料的抗沖擊性。例如，落錘測試模擬現(xiàn)實(shí)世界的碰撞場景，以評(píng)估汽車部件在碰撞過程中的能量吸收和變形。
航空航天工業(yè)中的沖擊測試可確保遭受高速?zèng)_擊（例如鳥擊和碎片碰撞）的飛機(jī)部件的安全性和可靠性。夏比試驗(yàn)和落錘試驗(yàn)通常用于評(píng)估飛機(jī)結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)和起落架材料的韌性和抗沖擊性。例如，落錘測試有助于評(píng)估復(fù)合材料在飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼中的損傷容限。
動(dòng)態(tài)載荷測試對(duì)于建筑行業(yè)至關(guān)重要，以確保鋼材和混凝土等結(jié)構(gòu)材料的耐用性和安全性。夏比沖擊試驗(yàn)廣泛用于評(píng)估建筑物、橋梁和基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中使用的結(jié)構(gòu)鋼的韌性。沖擊測試在建筑中的重要性是不可否認(rèn)的。通過模擬現(xiàn)實(shí)世界的沖擊條件，結(jié)構(gòu)沖擊測試可幫助工程師設(shè)計(jì)更安全、更具彈性的結(jié)構(gòu)，以抵御地震和颶風(fēng)等自然災(zāi)害。
在消費(fèi)品行業(yè)，沖擊測試評(píng)估產(chǎn)品的耐用性和安全性，例如電子產(chǎn)品、電器和包裝材料。懸臂梁和穿刺沖擊測試通常用于評(píng)估消費(fèi)品中塑料和聚合物的抗沖擊性。例如，穿刺沖擊測試可確保包裝材料在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中能夠保護(hù)內(nèi)容物免受尖銳物體和粗暴搬運(yùn)的影響。
運(yùn)動(dòng)器材行業(yè)依靠沖擊測試來確保頭盔、護(hù)墊和防彈衣等防護(hù)裝備的安全性和性能。落錘和穿刺沖擊測試評(píng)估運(yùn)動(dòng)器材中使用的材料的抗沖擊性。例如，落錘測試有助于評(píng)估頭盔在高速?zèng)_擊過程中的能量吸收和變形，確保它們充分保護(hù)運(yùn)動(dòng)員。
在醫(yī)療行業(yè)，沖擊測試評(píng)估植入物、假肢和手術(shù)器械等醫(yī)療設(shè)備的耐用性和安全性。穿刺沖擊測試通常用于評(píng)估醫(yī)療器械中使用的材料對(duì)尖銳物體穿透的抵抗力。例如，穿刺沖擊測試可確保手術(shù)手套和防護(hù)服能夠承受針頭和其他鋒利器械的穿刺。
能源行業(yè)使用沖擊測試來評(píng)估發(fā)電和配電系統(tǒng)中使用的材料的耐用性和性能。夏比試驗(yàn)和落錘試驗(yàn)通常用于評(píng)估風(fēng)力渦輪機(jī)、管道和輸電塔中使用的金屬和復(fù)合材料的韌性和抗沖擊性。例如，落錘測試有助于評(píng)估風(fēng)力渦輪機(jī)中使用的復(fù)合材料葉片的抗沖擊性，確保它們能夠承受碎片和極端天氣條件的高速?zèng)_擊。
沖擊測試依靠一系列數(shù)據(jù)采集儀器和軟件來測量和分析材料在突然的力或沖擊下的響應(yīng)。稱重傳感器、加速度計(jì)（無線加速度傳感器）、應(yīng)變儀（無線扭矩傳感器）、高速攝像機(jī)、位移傳感器、溫度傳感器和壓電傳感器為綜合評(píng)估提供必要的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號(hào)處理軟件、有限元分析軟件、數(shù)據(jù)可視化工具、視頻分析軟件和專用沖擊測試軟件在處理、分析和可視化這些數(shù)據(jù)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這些工具共同確保了準(zhǔn)確、可靠和富有洞察力的結(jié)果，有助于為各行業(yè)提供更安全、更耐用的材料和產(chǎn)品。
? 稱重傳感器測量沖擊過程中施加的力。它們通常放置在沖擊路徑中以實(shí)時(shí)捕獲力數(shù)據(jù)。稱重傳感器對(duì)于了解沖擊測試期間的力動(dòng)態(tài)至關(guān)重要。
? 加速度計(jì)測量沖擊過程中樣品的加速度。這些傳感器通常連接到樣本或沖擊器上以捕獲加速度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用于計(jì)算沖擊速度和能量吸收。
? 應(yīng)變計(jì)測量沖擊過程中樣品的應(yīng)變或變形。這些傳感器附著在樣本表面并檢測長度的微小變化，提供有關(guān)材料對(duì)沖擊力的響應(yīng)的有價(jià)值的信息。
? 力傳感器測量力或重量。它們將施加的負(fù)載轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后可以測量和記錄該信號(hào)。
? 高速攝像機(jī)捕捉撞擊事件的高幀率視頻。這些視覺數(shù)據(jù)有助于分析材料的變形和慢動(dòng)作失效機(jī)制，使高速攝像機(jī)有利于研究復(fù)雜的沖擊行為。
? 位移傳感器測量沖擊過程中樣本的位移或運(yùn)動(dòng)。它們提供有關(guān)樣品在沖擊條件下變形程度的數(shù)據(jù)，這對(duì)于評(píng)估材料的韌性和靈活性至關(guān)重要。
? 溫度傳感器在沖擊測試期間監(jiān)測樣本的溫度。一些材料表現(xiàn)出與溫度相關(guān)的行為，因此監(jiān)測溫度變化可以提供有關(guān)材料在不同條件下性能的更多見解。
? 壓電壓力和力傳感器將機(jī)械應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。它們測量撞擊事件期間的動(dòng)態(tài)壓力和力的變化，提供高分辨率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
? G-Link-200-8G 無線加速度傳感器
? G-Link-200-R 無線加速度傳感器
? G-Link-200-OEM 嵌入式無線加速度傳感器
? BeanAir BeanDevice WIFI Wilow AX-3D 無線振動(dòng)傳感器
? BeanAir BeanDevice Wilow X -INC 無線物聯(lián)網(wǎng)組合傳感器
