冲击测试是一个关键的评估过程，可确定材料或产品在遭受突然的力或冲击时的韧性、弹性和耐久性。该测试对于各个行业来说都是必不可少的，以确保材料和产品的安全性、性能和可靠性。冲击测试有助于通过模拟现实条件来识别潜在的弱点并改进材料配方和产品设计。
几种主要的冲击测试方法可测量材料在冲击下的性能。最常用的方法包括夏比冲击试验、悬臂梁冲击试验、落锤试验和穿刺冲击试验。每种方法都采用不同的技术，并在各个行业中发挥独特的作用。
• 简支梁冲击试验
• 悬臂梁冲击试验
• 落锤冲击试验
• 穿刺冲击测试。
夏比冲击试验，也称为“夏比 V 型缺口试验”，是一种标准化试验方法，用于确定材料（特别是金属）的冲击韧性。它评估材料在受到突然冲击时断裂时吸收能量的能力。它是最广泛使用的测量材料弹性的方法之一，以其发明者、法国科学家乔治·夏比 (Georges Charpy)的名字命名。该视频展示了如何执行典型的夏比冲击测试：
• 样品制备：小型标准化样品，通常是一侧加工有 V 形凹口的矩形棒。该凹口会产生应力集中，在受到冲击时会促进断裂。测试装置包括摆锤、有缺口的样品架以及用于记录吸收能量的数字或模拟显示器。将有缺口的试样水平放置在夹具中，从特定高度释放摆锤，冲击缺口处的试样。
• 试验程序：将试样水平放置在试验机中，缺口朝向冲击方向。摆锤从已知高度释放，以预定速度撞击样本。
• 能量测量：通过冲击后摆锤摆动高度的减小来测量试样在断裂过程中吸收的能量。该能量通常以焦耳 (J) 或英尺-磅 (ft-lb) 为单位报告。
夏比冲击试验广泛应用于建筑、汽车和航空航天工业，以评估金属、复合材料和聚合物的韧性。该测试有助于确保结构钢能够承受地震或建筑行业其他动态事件期间的影响。
• ASTM E23、ASTM D6110、ASTM A370、ASTM D256
• ISO 13479、ISO 148-1
• EN 10045-1、EN ISO 179-1
虽然夏比冲击试验广泛用于金属，但悬臂梁冲击试验更常用于塑料和其他较软的材料。在艾佐德测试中，有缺口的样本垂直放置而不是水平放置。此外，悬臂梁试验中的摆锤在缺口正上方的单个点上撞击样本，而在夏比试验中，摆锤在缺口对面的表面上撞击样本。
虽然夏比冲击试验主要用于金属，但悬臂梁法通常用于聚合物和塑料冲击试验。它有助于评估消费品、汽车零部件和包装材料中使用的塑料材料的抗冲击性。
• ASTM D256、ASTM D4508、ASTM D4812
• ISO 180、ISO 148-1、ISO 9854-1
该方法也称为落塔测试，可评估材料在碰撞和跌落等高速冲击下的行为。测试装置由落塔、重物或冲击器以及样品架组成。重物从预定高度落到样品上，传感器记录撞击过程中的力、速度和能量。
尽管落锤测试已用于数百个行业和应用，但它广泛应用于汽车和运动器材行业。汽车安全落锤测试有助于评估汽车零部件的耐撞性。在运动器材中，它验证头盔和护具的抗冲击能力。
• ASTM E208、ASTM D7136、ASTM D3763、ASTM F1459
• ISO 6603-2、ISO 3127、ISO 13356
• EN 774、EN ISO 6603-1
穿刺冲击测试根据其对尖头物体穿刺或穿透的抵抗力来衡量材料的耐用性。该测试对于评估防护装备和包装材料的韧性和耐用性至关重要。该测试装置包括穿刺探针、样本架和力测量系统。探针以受控速度进入样本，并使用 DAQ 仪器显示和记录刺穿材料所需的力。
穿刺冲击测试通常用于包装、医疗和运动器材行业。它有助于确保包装材料保护内容物免受尖锐物体的侵害，并且防护装备能够在高风险环境中承受穿刺。
• ASTM D781、ASTM D3420、ASTM D6098、ASTM D3763
• ISO 6603-2、ISO 7765-2、ISO 8295、ISO 7765
• EN 14125、EN ISO 6603-2
该测试主要用于涂料，评估油漆、清漆或其他涂料的抗冲击性。落下的重物撞击涂层样品，并检查由此产生的损坏或裂纹。
• ASTM D2794、ASTM D4226、ASTM D5420
• ISO 6272-1、ISO 6272-2
该测试通过测量材料抵抗局部塑性变形的能力来测量材料的硬度。将硬钢球或硬质合金球在负载下压入材料中，并测量压痕深度。
• ASTM D785、ASTM E18、ASTM E140
• ISO 6508-1、ISO 6508-2
多轴冲击测试通过同时引入来自多个方向的力来扩展传统冲击测试。这更好地模拟了材料承受复杂应力状态而不是简单的单轴载荷的现实条件。多轴测试可以更深入地了解材料在更现实的多方向负载条件下的实际韧性、灵活性和弹性。它可能会暴露材料中的更多弱点或漏洞，从而更好地理解其在实际使用中的表现。
虽然传统测试（ASTM、ISO）拥有完善的标准，但多轴冲击测试更加专业，并且通常是针对特定行业定制设计的。目前还没有那么多被广泛接受的多轴测试标准，但一些行业使用专有的测试和模拟来评估多轴应力下的性能，特别是在航空航天、汽车和国防等领域。
多轴冲击测试的一个具体示例是汽车行业中使用的落塔测试，用于模拟翻车事故期间车顶挤压的情况。该测试评估在涉及同时作用的垂直力和横向力的翻车事件中，车辆的车顶结构在复杂的多向力作用下的表现。这可以深入了解材料在此类碰撞中保护乘员并保持结构完整性的能力。该测试有助于确定车辆是否符合车顶抗压性的监管标准。
• FMVSS 216（联邦机动车辆安全标准）（美国）
• UN/ECE 法规 135（屋顶强度）
• 全球 NCAP（新车评估计划）
• ASTM D3763、ASTM D7192
• ISO 6603、ISO 7765
冲击和跌落测试涉及力学原理，特别是动力学原理，以评估材料或产品对突然力量的反应。与这些测试相关的基本数学属性和概念包括：
• 力量
• 动能
• 势能
• 速度
• 势头
• 压力
• 拉紧
• 冲击韧性
让我们仔细看看其中每一个：
• 定义：力是导致物体改变其速度或方向的相互作用。
• 公式： F = ma，其中F为力，m为物体质量，a为加速度。
• 应用：在冲击测试中，冲击过程中施加在材料上的力是一个至关重要的测量值。力越大，材料变形或断裂的可能性就越大。
• 定义：物体由于其运动而拥有的能量。
• 公式： Ek = 1/2 mv2，其中Ek 是动能，m是质量，v是物体的速度。
• 应用：在冲击测试中，材料吸收的能量（通过冲击前后物体（或摆锤）高度的差来测量）是材料韧性的关键指标。
• 定义：物体由于其位置或高度而储存的能量。
• 公式： Ep = mgh，其中Ep是势能，m是质量，g是重力加速度，h是高度。
• 应用：在跌落测试中，重物或物体释放并撞击样本时，其势能转换为动能。
• 定义：物体改变其位置的速率。
• 公式： v = 2gh （对于从高度h掉落的物体）
• 应用：在跌落测试中，计算物体在撞击时的速度，以确定碰撞中涉及的力和能量。
• 定义：物体的运动量，取决于其质量和速度。
• 公式： p = mv，其中p是动量，m是质量，v是速度。
• 应用：在冲击测试中，动量有助于分析摆锤（或重物）与样本之间的碰撞，从而影响材料的响应。
• 定义：材料内单位面积的内力由外力产生。
• 公式： σ = F/A，其中σ是应力，F是施加的力，A是横截面积。
• 定义：材料因应力而变形或位移。
• 公式：ϵ = LL，其中 ϵ 为应变，LΔ为长度变化，L为原始长度。
• 应用：应力和应变是评估材料在冲击下如何变形的基础，有助于确定其韧性和弹性。
• 定义：材料断裂前吸收能量的量度。
• 公式：韧性通常表示为应力-应变曲线下的面积，或根据冲击试验（例如夏比试验或悬臂梁试验）中吸收的能量计算得出。
• 应用：冲击韧性是材料科学中的一个关键特性。它表明材料承受突然冲击而不破裂的能力。
这些属性和公式对于分析和解释冲击和跌落测试结果是不可或缺的，可以深入了解材料承受动态力和冲击的能力。
冲击测试可确保各个行业的材料和产品的安全性、性能和可靠性。以下是冲击测试至关重要的一些关键原因：
• 安全保证：冲击测试有助于识别材料和产品中的潜在弱点，这些弱点可能会在突然负载或冲击下导致灾难性故障。例如，汽车行业的冲击测试可确保车辆部件能够承受碰撞，从而降低乘客受伤的风险。
• 性能优化：制造商可以通过了解材料如何响应冲击来优化其配方和设计，以提高性能。例如，航空航天应用中复合材料的冲击测试可以帮助工程师开发更轻、更坚固的部件。
• 质量控制：生产过程中定期进行冲击测试，确保材料和产品符合规定的标准和要求。这有助于保持一致的质量并降低可能损害安全和性能的缺陷风险。
• 研究与开发：冲击测试对于开发新材料和产品至关重要。通过评估实验材料的抗冲击性，研究人员可以确定有希望进一步开发和商业化的候选材料。
冲击测试应用于各个行业，每个行业都有独特的要求和标准。以下是冲击测试的一些特定行业应用：
汽车行业的冲击测试对于评估车辆部件的耐撞性和确保乘客安全至关重要。各种冲击试验，包括夏比冲击试验、悬臂梁试验和落锤试验，可评估车身、保险杠和内饰部件中使用的金属、塑料和复合材料的抗冲击性。例如，落锤测试模拟现实世界的碰撞场景，以评估汽车部件在碰撞过程中的能量吸收和变形。
航空航天工业中的冲击测试可确保遭受高速冲击（例如鸟击和碎片碰撞）的飞机部件的安全性和可靠性。夏比试验和落锤试验通常用于评估飞机结构、发动机和起落架材料的韧性和抗冲击性。例如，落锤测试有助于评估复合材料在飞机机身和机翼中的损伤容限。
动态载荷测试对于建筑行业至关重要，以确保钢材和混凝土等结构材料的耐用性和安全性。夏比冲击试验广泛用于评估建筑物、桥梁和基础设施项目中使用的结构钢的韧性。冲击测试在建筑中的重要性是不可否认的。通过模拟现实世界的冲击条件，结构冲击测试可帮助工程师设计更安全、更具弹性的结构，以抵御地震和飓风等自然灾害。
在消费品行业，冲击测试评估产品的耐用性和安全性，例如电子产品、电器和包装材料。悬臂梁和穿刺冲击测试通常用于评估消费品中塑料和聚合物的抗冲击性。例如，穿刺冲击测试可确保包装材料在运输和储存过程中能够保护内容物免受尖锐物体和粗暴搬运的影响。
运动器材行业依靠冲击测试来确保头盔、护垫和防弹衣等防护装备的安全性和性能。落锤和穿刺冲击测试评估运动器材中使用的材料的抗冲击性。例如，落锤测试有助于评估头盔在高速冲击过程中的能量吸收和变形，确保它们充分保护运动员。
在医疗行业，冲击测试评估植入物、假肢和手术器械等医疗设备的耐用性和安全性。穿刺冲击测试通常用于评估医疗器械中使用的材料对尖锐物体穿透的抵抗力。例如，穿刺冲击测试可确保手术手套和防护服能够承受针头和其他锋利器械的穿刺。
能源行业使用冲击测试来评估发电和配电系统中使用的材料的耐用性和性能。夏比试验和落锤试验通常用于评估风力涡轮机、管道和输电塔中使用的金属和复合材料的韧性和抗冲击性。例如，落锤测试有助于评估风力涡轮机中使用的复合材料叶片的抗冲击性，确保它们能够承受碎片和极端天气条件的高速冲击。
冲击测试依靠一系列数据采集仪器和软件来测量和分析材料在突然的力或冲击下的响应。称重传感器、加速度计（无线加速度传感器）、应变仪（无线扭矩传感器）、高速摄像机、位移传感器、温度传感器和压电传感器为综合评估提供必要的数据。
数据采集系统、信号处理软件、有限元分析软件、数据可视化工具、视频分析软件和专用冲击测试软件在处理、分析和可视化这些数据方面发挥着至关重要的作用。这些工具共同确保了准确、可靠和富有洞察力的结果，有助于为各行业提供更安全、更耐用的材料和产品。
• 称重传感器测量冲击过程中施加的力。它们通常放置在冲击路径中以实时捕获力数据。称重传感器对于了解冲击测试期间的力动态至关重要。
• 加速度计测量冲击过程中样品的加速度。这些传感器通常连接到样本或冲击器上以捕获加速度数据，这些数据可用于计算冲击速度和能量吸收。
• 应变计测量冲击过程中样品的应变或变形。这些传感器附着在样本表面并检测长度的微小变化，提供有关材料对冲击力的响应的有价值的信息。
• 力传感器测量力或重量。它们将施加的负载转换为电信号，然后可以测量和记录该信号。
• 高速摄像机捕捉撞击事件的高帧率视频。这些视觉数据有助于分析材料的变形和慢动作失效机制，使高速摄像机有利于研究复杂的冲击行为。
• 位移传感器测量冲击过程中样本的位移或运动。它们提供有关样品在冲击条件下变形程度的数据，这对于评估材料的韧性和灵活性至关重要。
• 温度传感器在冲击测试期间监测样本的温度。一些材料表现出与温度相关的行为，因此监测温度变化可以提供有关材料在不同条件下性能的更多见解。
• 压电压力和力传感器将机械应力转换为电信号。它们测量撞击事件期间的动态压力和力的变化，提供高分辨率数据进行分析。
• G-Link-200-8G 无线加速度传感器
• G-Link-200-R 无线加速度传感器
• G-Link-200-OEM 嵌入式无线加速度传感器
• BeanAir BeanDevice WIFI Wilow AX-3D 无线振动传感器
• BeanAir BeanDevice Wilow X -INC 无线物联网组合传感器
