ASTM D7137-23 冲击后压缩试验 —— 损伤引入与静态基准测定
1. 标准概述与两阶段工作流程
ASTM D7137/D7137M-23《受损聚合物基复合材料板压缩残余强度特性的标准试验方法》是多向聚合物基复合材料层压板损伤容限测试的核心标准之一。该试验方法通常作为两阶段工作流程的第二阶段执行：
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阶段一：损伤引入——按ASTM D7136/D7136M（落锤冲击）或ASTM D6264/D6264M（准静态压痕）在试样上引入受控损伤
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阶段二：残余压缩强度测定——在带防屈曲稳定夹具的压缩设备上测试受损试样，记录失效载荷，计算压缩残余强度
注：当损伤采用落锤冲击方式引入时，该试验方法通常被称为冲击后压缩法或CAI法-1。本标准获得的残余强度数据最常用于材料规范和研发活动，为类似材料、厚度、铺层顺序的复合材料结构提供预期损伤容限能力的指导-1。
2. 阶段一：损伤引入——按ASTM D7136/D7136M落锤冲击
在进入压缩试验前，须按ASTM D7136/D7136M《纤维增强聚合物基复合材料落锤冲击损伤抗力标准试验方法》在试样上引入受控冲击损伤。此方法测定承受落锤冲击事件的多向聚合物基复合材料层合板的抗损伤性，可用于筛选材料的抗损伤性能，也可在试样中引入损伤用于后续损伤容限测试-。
（1）冲击设备与冲击器参数
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落锤装置配备半球形冲击头
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冲击头直径：16.0 mm（0.625 in），表面光滑，无刻痕或缺陷
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落锤总质量：5.5 kg（12.1 lb）
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冲击能量：按材料规范或研究目的确定，通常以单位厚度冲击能量（J/mm）表示。典型参考值：6.7 J/mm（4.94 ft-lb/mm）-10
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冲击头与试样之间不得使用胶粘剂或双面胶带固定，使用气动夹持或重物压边方式约束试样
（2）试样夹具与试样尺寸
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冲击夹具：155 mm × 125 mm（6.1 in × 4.9 in）矩形开口平板刚性支撑，试样简支于开口上方
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试样尺寸（矩形）：150 mm × 100 mm（6 in × 4 in），公差±0.25 mm-10
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厚度范围：4 mm～6 mm（典型值）
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四个夹紧点固定试样四角，夹紧力均匀
（3）铺层方向
铺层须关于测试方向对称且平衡。单向层合板典型铺层顺序为(45/0/-45/90)ns。纤维方位至少3个方向（预浸带）或2个方向（织物）-10。碳纤维/环氧和玻璃纤维/环氧等多向连续纤维聚合物基复合材料体系均可按本标准测试。
（4）冲击前状态调节
试样在冲击前须按ASTM D5229/D5229M程序C进行状态调节：温度23±3℃（73±5℉），相对湿度50±10%，调节至吸湿平衡。若无法达到吸湿平衡，至少调节不少于14天。
（5）冲击后损伤表征
冲击后须记录以下损伤参数：凹坑深度（使用凹坑深度测量仪或千分表）；冲击正面裂纹形态及长度；背面纤维断裂或分层范围；建议采用超声C扫描对冲击后试样进行无损检测，定量测定分层面积和内部损伤形态。研究表明，压缩冲击强度结果通常与C扫描测定的分层面积具有较好的相关性，该数据可用于将物理试样结果与带人工缺陷的试样建立对比关系-。
3. 阶段一补充：准静态压痕法（ASTM D6264/D6264M）
对于不适用落锤冲击的场景，可按ASTM D6264/D6264M采用准静态压痕法引入损伤，但该方法在航空领域CAI测试中的应用频率较低，不作为本系列的主要推荐方式。
4. 静态压缩基准测试
对于未损坏的参照试样（对照组），须按ASTM D6641/D6641M《聚合物基复合材料组合加载压缩性能测定》测定平均压缩强度作为基准。标准指出，ASTM D7137也可用于测试未损坏的聚合物基复合材料板，但从历史上看，此类测试中不良失效模式（如端部压溃）的发生率相对较高，不推荐以本标准替代ASTM D6641获取无损材料的压缩性能数据-1。参照ASTM E122确定静态基准测试的样本量，一般至少测试5个未损坏试样。
5. 压缩试样的尺寸与加工要求
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压缩试样尺寸：与冲击试样相同，150 mm × 100 mm（6 in × 4 in），四边垂直，公差±0.25 mm
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试样由冲击试样直接转入压缩测试（单一样本顺序试验），不得在两次试验之间再次加工
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试样厚度应在冲击损伤区域周围至少五点测量，取平均值，测量精度0.01 mm
6. 试样数量
为获得具有统计意义的压缩残余强度数据，每个材料/铺层/厚度组合至少测试5个有效试样。由于冲击损伤的固有变异性，以及损伤容限响应对预先存在损伤状态的依赖性，试样数量宜适当增加。
7. 报告损伤信息
依据标准第5.4节，报告须记载：损伤类型（落锤冲击/准静态压痕）、冲击能量（或压痕位移）、冲击头直径、凹坑深度及其标准差、分层面积及C扫描图像、冲击前状态调节条件-1。
