GB/T 21239-2022 冲击后压缩试验 —— 冲击损伤引入与压缩加载参数

1. 阶段一：冲击损伤引入

（1）冲击设备与冲击器参数

• 落锤质量：5.5 kg ± 0.25 kg（12.1 lb）-15

• 冲击头直径：16 mm ± 0.1 mm（0.625 in），半球形光滑冲击头-15

• 冲击高度：按H = E/(m·g)计算，由冲击能量自动导出，要求H≥300 mm-15

• 冲击能量：条件冲击能量按附录A确定，对典型碳纤维复合材料层合板，可参考Er = 6.7 × 试样厚度（J）--15，即4 mm厚试样约26.8 J，5 mm厚试样约33.5 J，6 mm厚试样约40.2 J。冲击能量截止值根据材料使用工况确定

• 冲击夹具：矩形开口硬质平板，四周简支，开口尺寸与试样匹配；冲击点位于试样几何中心

（2）冲击试验步骤

• 安装试样至支撑夹具，用四个夹紧点定位并锁紧，确保试样无翘曲和相对滑动

• 按附录A确定条件冲击能量，设定落锤释放高度，调整设备落程

• 释放落锤，记录冲击能量

• 冲击后立即记录：凹坑深度（使用深度计测量，误差≤0.1 mm）-15；正面裂纹形态；背面纤维断裂及分层范围

• 若背面损伤范围超过37.5 mm（从冲击中心起计），须更换大尺寸试样或另行评估-15

• 2022版新增了层合板无损检测要求（见5.4），推荐采用超声C扫描定量测定分层面积和内部损伤形态（记录分层面积A_del，mm²），并可作为判定冲击损伤有效性的辅助依据。

（3）冲击损伤的可接受范围

损伤尺寸过大可能导致压缩加载时失效模式转变或端部失效提前，从而影响CAI强度测量的准确性，须严格按标准8.5条进行判定。对于超出规定范围的损伤试样，数据不得计入有效样本库，须重新进行冲击试验或对材料体系重新进行评估。

2. 阶段二：冲击后压缩试验

（1）防屈曲压缩夹具

压缩夹具须提供侧向支撑以抑制整体屈曲，标准附录C给出了压缩夹具的推荐结构。技术要求包括：

• 试样的两宽面与夹具的固定侧向板和滑动板之间的间隙为0.8 mm～1.5 mm-15。间隙过大会降低对中精度；间隙过小会因附加摩擦力而大幅提高压缩测量结果

• 固定侧向板和滑动板在接触面应有足够的硬度（建议不低于HRC 50），以减少摩擦

• 标准8.10条专门规定固定侧向板和滑动板的安装要求，须在测试前进行间隙验证并记录

（2）对中要求

2022版标准新增了8.8条试样安装保证对中的要求。具体步骤为：将试样放入夹具，调整位置使冲击损伤区域的几何中心与夹具的加载对中标志线重合，中心偏移量控制在±1.0 mm以内。压缩加载端可采用直接端面接触或粘贴加强片方式，端面须平行于加载轴线，端面不平行度宜控制在0.05 mm以内。

（3）应变测量与初载设定

标准要求在压缩加载前施加初载——预加载450 N后卸载至150 N，应变仪清零-15。具体按以下步骤执行：

• 预加载前，将试样装配于夹具中并紧固

• 预加载至450 N（约100 lbf），保持稳定

• 卸载至150 N（约33 lbf）

• 在150 N的载荷平衡位置对各应变仪（通常为四个，分别位于试样正面及背面对称位置）进行清零或初始值调零

• 若各通道之间出现明显的初始不平衡（>±5 µε），须检查试样的对中精度、夹具间隙一致性以及应变片粘贴质量，直到达到平衡状态后方可进行正式压缩测试

（4）压缩加载参数

• 压缩加载速率：1.25 mm/min ± 0.50 mm/min-15

• 加载控制模式：位移控制

• 终止条件：当压缩载荷从峰值下降至最大载荷的一定比例时终止（2022版未强制规定比例数值，实际参照ASTM D7137约定的30%或稳定下降点）；或当试样的应变或位移超过安全极限，可见完全断裂时终止

• 记录数据：连续记录加载过程中的力-位移曲线和应变-载荷曲线

（5）环境条件

压缩试验在标准环境条件下进行：温度23±2℃，相对湿度50±5%，与冲击前状态调节条件一致。如冲击试验与压缩试验不在同一环境温度下进行（例如冲击在室温进行后需在环境箱中调温调湿），应重新在标准环境中至少调节2小时后再进行压缩测试，以确保吸湿状态一致。