沖擊測試是一個關鍵的評估過程，可確定材料或產品在遭受突然的力或沖擊時的韌性、彈性和耐久性。該測試對于各個行業(yè)來說都是必不可少的，以確保材料和產品的安全性、性能和可靠性。沖擊測試有助于通過模擬現實條件來識別潛在的弱點并改進材料配方和產品設計。
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、懸臂梁沖擊試驗、落錘試驗和穿刺沖擊試驗。每種方法都采用不同的技術，并在各個行業(yè)中發(fā)揮獨特的作用。
? 簡支梁沖擊試驗
? 懸臂梁沖擊試驗
? 落錘沖擊試驗
? 穿刺沖擊測試。
夏比沖擊試驗，也稱為“夏比 V 型缺口試驗”，是一種標準化試驗方法，用于確定材料（特別是金屬）的沖擊韌性。它評估材料在受到突然沖擊時斷裂時吸收能量的能力。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：小型標準化樣品，通常是一側加工有 V 形凹口的矩形棒。該凹口會產生應力集中，在受到沖擊時會促進斷裂。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。
? 試驗程序：將試樣水平放置在試驗機中，缺口朝向沖擊方向。擺錘從已知高度釋放，以預定速度撞擊樣本。
? 能量測量：通過沖擊后擺錘擺動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) 為單位報告。
夏比沖擊試驗廣泛應用于建筑、汽車和航空航天工業(yè)，以評估金屬、復合材料和聚合物的韌性。該測試有助于確保結構鋼能夠承受地震或建筑行業(yè)其他動態(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
雖然夏比沖擊試驗廣泛用于金屬，但懸臂梁沖擊試驗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，懸臂梁試驗中的擺錘在缺口正上方的單個點上撞擊樣本，而在夏比試驗中，擺錘在缺口對面的表面上撞擊樣本。
雖然夏比沖擊試驗主要用于金屬，但懸臂梁法通常用于聚合物和塑料沖擊試驗。它有助于評估消費品、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，可評估材料在碰撞和跌落等高速沖擊下的行為。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百個行業(yè)和應用，但它廣泛應用于汽車和運動器材行業(yè)。汽車安全落錘測試有助于評估汽車零部件的耐撞性。在運動器材中，它驗證頭盔和護具的抗沖擊能力。
? ASTM E208、ASTM D7136、ASTM D3763、ASTM F1459
? ISO 6603-2、ISO 3127、ISO 13356
? EN 774、EN ISO 6603-1
穿刺沖擊測試根據其對尖頭物體穿刺或穿透的抵抗力來衡量材料的耐用性。該測試對于評估防護裝備和包裝材料的韌性和耐用性至關重要。該測試裝置包括穿刺探針、樣本架和力測量系統。探針以受控速度進入樣本，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)療和運動器材行業(yè)。它有助于確保包裝材料保護內容物免受尖銳物體的侵害，并且防護裝備能夠在高風險環(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。將硬鋼球或硬質合金球在負載下壓入材料中，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引入來自多個方向的力來擴展傳統沖擊測試。這更好地模擬了材料承受復雜應力狀態(tài)而不是簡單的單軸載荷的現實條件。多軸測試可以更深入地了解材料在更現實的多方向負載條件下的實際韌性、靈活性和彈性。它可能會暴露材料中的更多弱點或漏洞，從而更好地理解其在實際使用中的表現。
雖然傳統測試（ASTM、ISO）擁有完善的標準，但多軸沖擊測試更加專業(yè)，并且通常是針對特定行業(yè)定制設計的。目前還沒有那么多被廣泛接受的多軸測試標準，但一些行業(yè)使用專有的測試和模擬來評估多軸應力下的性能，特別是在航空航天、汽車和國防等領域。
多軸沖擊測試的一個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。該測試評估在涉及同時作用的垂直力和橫向力的翻車事件中，車輛的車頂結構在復雜的多向力作用下的表現。這可以深入了解材料在此類碰撞中保護乘員并保持結構完整性的能力。該測試有助于確定車輛是否符合車頂抗壓性的監(jiān)管標準。
? FMVSS 216（聯邦機動車輛安全標準）（美國）
? UN/ECE 法規(guī) 135（屋頂強度）
? 全球 NCAP（新車評估計劃）
? ASTM D3763、ASTM D7192
? ISO 6603、ISO 7765
沖擊和跌落測試涉及力學原理，特別是動力學原理，以評估材料或產品對突然力量的反應。與這些測試相關的基本數學屬性和概念包括：
? 力量
? 動能
? 勢能
? 速度
? 勢頭
? 壓力
? 拉緊
? 沖擊韌性
讓我們仔細看看其中每一個：
? 定義：力是導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為物體質量，a為加速度。
? 應用：在沖擊測試中，沖擊過程中施加在材料上的力是一個至關重要的測量值。力越大，材料變形或斷裂的可能性就越大。
? 定義：物體由于其運動而擁有的能量。
? 公式： Ek = 1/2 mv2，其中Ek 是動能，m是質量，v是物體的速度。
? 應用：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）是材料韌性的關鍵指標。
? 定義：物體由于其位置或高度而儲存的能量。
? 公式： Ep = mgh，其中Ep是勢能，m是質量，g是重力加速度，h是高度。
? 應用：在跌落測試中，重物或物體釋放并撞擊樣本時，其勢能轉換為動能。
? 定義：物體改變其位置的速率。
? 公式： v = 2gh （對于從高度h掉落的物體）
? 應用：在跌落測試中，計算物體在撞擊時的速度，以確定碰撞中涉及的力和能量。
? 定義：物體的運動量，取決于其質量和速度。
? 公式： p = mv，其中p是動量，m是質量，v是速度。
? 應用：在沖擊測試中，動量有助于分析擺錘（或重物）與樣本之間的碰撞，從而影響材料的響應。
? 定義：材料內單位面積的內力由外力產生。
? 公式： σ = F/A，其中σ是應力，F是施加的力，A是橫截面積。
? 定義：材料因應力而變形或位移。
? 公式：? = LL，其中 ? 為應變，LΔ為長度變化，L為原始長度。
? 應用：應力和應變是評估材料在沖擊下如何變形的基礎，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：韌性通常表示為應力-應變曲線下的面積，或根據沖擊試驗（例如夏比試驗或懸臂梁試驗）中吸收的能量計算得出。
? 應用：沖擊韌性是材料科學中的一個關鍵特性。它表明材料承受突然沖擊而不破裂的能力。
這些屬性和公式對于分析和解釋沖擊和跌落測試結果是不可或缺的，可以深入了解材料承受動態(tài)力和沖擊的能力。
沖擊測試可確保各個行業(yè)的材料和產品的安全性、性能和可靠性。以下是沖擊測試至關重要的一些關鍵原因：
? 安全保證：沖擊測試有助于識別材料和產品中的潛在弱點，這些弱點可能會在突然負載或沖擊下導致災難性故障。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險。
? 性能優(yōu)化：制造商可以通過了解材料如何響應沖擊來優(yōu)化其配方和設計，以提高性能。例如，航空航天應用中復合材料的沖擊測試可以幫助工程師開發(fā)更輕、更堅固的部件。
? 質量控制：生產過程中定期進行沖擊測試，確保材料和產品符合規(guī)定的標準和要求。這有助于保持一致的質量并降低可能損害安全和性能的缺陷風險。
? 研究與開發(fā)：沖擊測試對于開發(fā)新材料和產品至關重要。通過評估實驗材料的抗沖擊性，研究人員可以確定有希望進一步開發(fā)和商業(yè)化的候選材料。
沖擊測試應用于各個行業(yè)，每個行業(yè)都有獨特的要求和標準。以下是沖擊測試的一些特定行業(yè)應用：
汽車行業(yè)的沖擊測試對于評估車輛部件的耐撞性和確保乘客安全至關重要。各種沖擊試驗，包括夏比沖擊試驗、懸臂梁試驗和落錘試驗，可評估車身、保險杠和內飾部件中使用的金屬、塑料和復合材料的抗沖擊性。例如，落錘測試模擬現實世界的碰撞場景，以評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沖擊（例如鳥擊和碎片碰撞）的飛機部件的安全性和可靠性。夏比試驗和落錘試驗通常用于評估飛機結構、發(fā)動機和起落架材料的韌性和抗沖擊性。例如，落錘測試有助于評估復合材料在飛機機身和機翼中的損傷容限。
動態(tài)載荷測試對于建筑行業(yè)至關重要，以確保鋼材和混凝土等結構材料的耐用性和安全性。夏比沖擊試驗廣泛用于評估建筑物、橋梁和基礎設施項目中使用的結構鋼的韌性。沖擊測試在建筑中的重要性是不可否認的。通過模擬現實世界的沖擊條件，結構沖擊測試可幫助工程師設計更安全、更具彈性的結構，以抵御地震和颶風等自然災害。
在消費品行業(yè)，沖擊測試評估產品的耐用性和安全性，例如電子產品、電器和包裝材料。懸臂梁和穿刺沖擊測試通常用于評估消費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輸和儲存過程中能夠保護內容物免受尖銳物體和粗暴搬運的影響。
運動器材行業(yè)依靠沖擊測試來確保頭盔、護墊和防彈衣等防護裝備的安全性和性能。落錘和穿刺沖擊測試評估運動器材中使用的材料的抗沖擊性。例如，落錘測試有助于評估頭盔在高速沖擊過程中的能量吸收和變形，確保它們充分保護運動員。
在醫(yī)療行業(yè)，沖擊測試評估植入物、假肢和手術器械等醫(yī)療設備的耐用性和安全性。穿刺沖擊測試通常用于評估醫(yī)療器械中使用的材料對尖銳物體穿透的抵抗力。例如，穿刺沖擊測試可確保手術手套和防護服能夠承受針頭和其他鋒利器械的穿刺。
能源行業(yè)使用沖擊測試來評估發(fā)電和配電系統中使用的材料的耐用性和性能。夏比試驗和落錘試驗通常用于評估風力渦輪機、管道和輸電塔中使用的金屬和復合材料的韌性和抗沖擊性。例如，落錘測試有助于評估風力渦輪機中使用的復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沖擊。
沖擊測試依靠一系列數據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。稱重傳感器、加速度計（無線加速度傳感器）、應變儀（無線扭矩傳感器）、高速攝像機、位移傳感器、溫度傳感器和壓電傳感器為綜合評估提供必要的數據。
數據采集系統、信號處理軟件、有限元分析軟件、數據可視化工具、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據方面發(fā)揮著至關重要的作用。這些工具共同確保了準確、可靠和富有洞察力的結果，有助于為各行業(yè)提供更安全、更耐用的材料和產品。
? 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時捕獲力數據。稱重傳感器對于了解沖擊測試期間的力動態(tài)至關重要。
? 加速度計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據，這些數據可用于計算沖擊速度和能量吸收。
? 應變計測量沖擊過程中樣品的應變或變形。這些傳感器附著在樣本表面并檢測長度的微小變化，提供有關材料對沖擊力的響應的有價值的信息。
? 力傳感器測量力或重量。它們將施加的負載轉換為電信號，然后可以測量和記錄該信號。
? 高速攝像機捕捉撞擊事件的高幀率視頻。這些視覺數據有助于分析材料的變形和慢動作失效機制，使高速攝像機有利于研究復雜的沖擊行為。
? 位移傳感器測量沖擊過程中樣本的位移或運動。它們提供有關樣品在沖擊條件下變形程度的數據，這對于評估材料的韌性和靈活性至關重要。
? 溫度傳感器在沖擊測試期間監(jiān)測樣本的溫度。一些材料表現出與溫度相關的行為，因此監(jiān)測溫度變化可以提供有關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械應力轉換為電信號。它們測量撞擊事件期間的動態(tài)壓力和力的變化，提供高分辨率數據進行分析。
? 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 無線振動傳感器
? BeanAir BeanDevice Wilow X -INC 無線物聯網組合傳感器
