ASTM D7136/D7136M-12 測量纖維增強聚合物基複合材料在落錘衝擊事件中抗損傷性的標準測試方法

美國材料與試驗協會（ASTM）發布的標準《ASTM D7136/D7136M-12 測量纖維增強聚合物基複合材料在落錘衝擊事件中抗損傷能力的標準試驗方法》描述了一種測定多向聚合物基複合材料層壓板在落錘衝擊事件中抗損傷能力的試驗方法。複合材料形式僅限於連續纖維壓縮聚合物基複合材料，本標準定義了一系列可接受的測試層壓板和厚度。 ASTM D7766/D7766M 中包含了修改這些程序以確定夾層結構抗損傷性能的說明。

使用帶有半球形衝擊器的落錘裝置對平坦的矩形複合板進行強烈的平面外衝擊。衝擊重量的位能由衝擊器的質量和跌落高度決定，在測試之前指定。提供了在撞擊事件期間可選擇地測量接觸力和速度的設備和程序。抗損傷能力是根據樣本中發生的損傷程度和類型來定量確定的。

此測試方法可用於篩選抗損傷材料或損壞樣本以進行後續的損傷容限測試。當依照ASTM D7137/D7137M標準測試方法對衝擊板進行測試時，一般測試順序通常稱為衝擊後壓縮法。根據 ASTM D6264/D6264M 標準測試方法的準靜態壓痕可用作透過面外力引發損傷並測量抗損傷性能的替代方法。

此測試方法確定的抗損傷性能高度依賴各種因素，例如試樣的幾何形狀、分層、衝擊幾何形狀、衝擊品質、衝擊力、衝擊能量和邊界條件。因此，結果通常無法擴展到其他配置，並且特定於所測試的幾何和物理條件的組合。

就本標準而言，適用以下術語和定義：

• 凹口深度是指撞擊事件後撞擊器所造成的凹陷的剩餘深度。缺口深度應定義為在垂直於試樣表面的方向上，從缺口最低點到未受缺口幹擾的受衝擊表面的平面的最大距離。
• 名義價值是為了便於辨識而賦予某一可測量屬性的值，僅存在於名義上。可以將公差應用於標稱值來定義特徵的可接受範圍。
• 母材料座標係是其軸垂直於材料特定對稱平面的座標系。
• 記錄的接觸力是衝擊器在衝擊事件中施加給試樣的力，由測力計記錄。
• 參考座標係是用來定義層方向的層壓複合材料座標系。
• 衝擊頭是衝擊工具的一部分或組件，在衝擊過程中先接觸試樣。

使用平衡、對稱的層壓板進行落錘衝擊試驗。損壞是透過使用半球形尖端落錘進行平面外集中衝擊（垂直於層壓板的平面）造成的。抗損傷能力是根據樣本中發生的損傷程度和類型來定量確定的。損傷響應是測試配置的函數，除非使用相同的測試配置、測試條件和類似的條件，否則無法對材料進行比較。

提供了可選程序來記錄衝擊速度和施加的接觸力與時間歷史資料的關係。撞擊產生的優選損傷狀態位於板的中心，距離板邊緣足夠遠，使得邊緣和撞擊位置的局部應力狀態在損傷產生事件期間不會相互作用。

對於由先進複合材料層壓板製成的許多結構而言，其易受集中的非平面衝擊力損壞的問題是主要的設計考慮因素之一。了解層壓複合板的抗損傷性能有助於產品開發和材料選擇。

落錘衝擊試驗可以達到以下目的：

• 量化堆疊順序、纖維表面處理、纖維體積分數變化以及加工和環境變量對給定複合層壓板對集中落錘衝擊力或能量的抗損傷性的影響。
• 定量比較不同組分複合材料抗損傷參數的相對值。損傷反應參數可能包括壓碎深度、損傷尺寸和厚度位置、力-時間曲線。
• 損壞樣本以便進行後續的損傷容限測試（例如 ASTM D7137/D7137M 標準測試方法）。

使用此測試方法獲得的特性可以為預期的抗損傷能力提供指導。

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