ICS49.020CCSV36T/CSAA28—2024零件沖擊試驗方法復合材料平板抗沖擊性能試驗ImpacttestingmethodforcomponentsImpactresistancetestofcompositeplateI II 2規范性引用文件 13術語和定義 4一般要求 24.1試驗目的 24.2試驗環境 24.3試驗人員 24.4試驗設備 24.5測試儀器 44.6試驗件 54.7安全要求 55詳細要求 65.1試驗程序 65.2試驗數據錄取和處理 65.3試驗數據有效性評定 75.4試驗報告 7T/CSAA28－2024本標準依據GB/T1.1－2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的有關要求編寫。本文件是《零件沖擊試驗方法》的系列標準之一。該系列標準已經發布了以下部分：——液滴射流靶向沖擊試驗；——液滴旋轉裝置試驗；——螺旋槳葉片抗外來物沖擊試驗；——復合材料平板抗沖擊性能試驗。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別這些專利的責任。本標準由中國航空學會提出。本標準由中國航空學會歸口。本標準起草單位：西北工業大學、航天材料及工藝研究所、中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所。本標準主要起草人：索濤、李玉龍、湯忠斌、豆清波、汪存顯、易凱、孫建波、王斌、呂錦鋒、梁尚清。本標準為首次發布。1T/CSAA28－2024零件沖擊試驗方法復合材料平板抗沖擊性能試驗本文件規定了利用空氣炮進行復合材料平板抗沖擊性能試驗的試驗環境、試驗人員、試驗設備、測試儀器、試驗件、安全要求、試驗程序、試驗數據錄取和處理、試驗數據有效性評定、試驗報告等方面要求。本文件適用于復合材料平板抗沖擊性能測試。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T1446纖維增強塑料性能試驗方法總則HB7084-2014民用飛機結構抗鳥撞設計與試驗通用要求3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1空氣炮gasgun由儲氣罐、發射機構、炮管等組成，用于發射彈體撞擊試驗件。3.2彈體missilebody用于對復合材料平板試驗件造成沖擊的被拋射物，可以是明膠彈，也可以是特定形狀的金屬質量塊。3.3沖擊姿態impactattitude彈體接觸試驗件前的運動狀態。彈體接觸試驗件前，彈體軸線與炮管軸線重合時，視為理想的沖擊姿態。3.4撞擊點impactpoint彈體質心前進軌跡與受試復合材料結構表面的交會點。2T/CSAA28－20243.5沖擊速度impactspeed彈體接觸被測試驗件前，彈體在運動方向上的速度。3.6穿透penetration彈體的沖擊侵徹作用使彈體完全穿過被測試驗件，且在被測試驗件的另一面完全露出。3.7剩余速度residualvelocity彈體擊穿被測試驗件后的速度。4一般要求4.1試驗目的通過空氣炮發射明膠彈或特定形狀的金屬質量塊，模擬復合材料平板受到硬物沖擊的工況，以測試復合材料平板試驗件的抗沖擊性能，獲得復合材料平板試驗件的損傷特性。4.2試驗環境除試驗任務書有特殊規定外，試驗環境條件應滿足GB/T1446的規定。4.3試驗人員試驗人員上崗前應經過試驗設備、儀器及安全設施使用方法和安全操作規程的培訓，熟練掌握試驗室的業務知識，并通過相關考核。4.4試驗設備4.4.1試驗設備基本組成試驗設備主要由彈體發射系統、彈體、靶架系統、夾具及溫度控制系統組成，溫度控制系統可根據試驗的溫度要求進行配置，試驗設備組成示意如圖1所示。圖1試驗系統示意圖3T/CSAA28－20244.4.2彈體發射系統彈體發射系統主要由壓氣機、壓力容器、發射機構、炮管和彈托等部分組成，用于發射彈體和彈托，彈體發射系統應滿足以下要求：a）壓氣機應能在較短時間內使壓力容器內達到試驗所需壓力；b）發射機構可以是手動、電動或氣動裝置，該裝置應在充氣過程中不漏氣，在發射時保證壓縮空氣在瞬間全部快速通過；c）炮管內壁光滑，內徑和長度依據彈體質量大小、彈體射出速度以及對空氣炮的性能要求來選d）彈托為與彈體和炮膛內壁很好匹配的圓柱形桶，彈托可用泡沫塑料或其他材質制作；4.4.3彈體4.4.3.1明膠彈（人工鳥彈）明膠彈制作應滿足以下要求：a）明膠彈的制作應滿足一定的配比要求，其參數應接近密度為900-1000kg/m3，孔隙率為10%；b）明膠彈的制作是通過將明膠溶液澆筑于模具中，脫模過程中要非常小心，保證明膠彈不至于在發射前就發生變形或破壞；c）明膠彈的制備應作為試驗準備工作的最后一個環節，每一發彈體都使用0.5mm的聚酯膜環繞包覆，豎立儲存于冰柜中，48h內投入使用。4.4.3.3金屬質量塊金屬質量塊彈體推薦采用（50×50）mm的方形鈦合金彈片，其尺寸可見圖2。其他由試驗任務書規定、且符合試驗設備和測試目的的其余形狀、尺寸金屬質量塊也可使用。4.4.4靶架系統靶架系統主要由試驗臺、防護屏和彈體回收箱組成，用于提供試驗件安裝支承平臺和安全防護，靶架系統應滿足以下要求：a）試驗臺應由底架和試驗件支承架兩部分組成，能夠承受較大沖擊載荷；b）試驗件支承架角度應可調節，同時在底架上能作三維移動定位，以滿足試驗件上彈著點的選b）防護屏應能接收校準試炮時發射的彈體，同時能夠承受沖擊載荷；d）彈體回收箱內部填充粘性材料，應能在金屬質量塊擊穿試驗件后將其回收。4.4.5夾具夾具的爆炸圖如圖3所示，其包含兩個相框式厚板，從前到后分別為夾具蓋板和夾具背板，夾具應滿足以下要求：4T/CSAA28－2024a）通過20個M10螺栓，將試驗件安裝、固定在夾具蓋板與夾具背板中間；b）螺栓應等間距排布，所有螺栓施加相同的扭矩，且扭矩不小于25N·mc）夾具的設計應保證試驗件邊緣的受夾寬度應不小于試驗件寬度的1/10。4.4.6溫度控制系統溫度控制系統用于加熱或冷卻試驗件，通常試驗溫度范圍為-50℃~550℃可調。所用設備應能提供均勻的熱源或冷源，在規定的時間內使試驗件達到所要求的溫度和穩定的溫度梯度。該系統主要由升溫裝置、降溫裝置等組成：a）升溫裝置：可采用鋁臺金蓋罩，罩內安裝具有一定功率的石英紅外線加熱燈管或電熱絲加熱裝置，或用電熱毯等覆蓋在試驗件表面進行加熱，也可采用試驗件自行加溫（如電加溫玻璃b）降溫裝置：可采用鋁合金蓋罩，罩內通入液氮降溫裝置；c）若試驗件在其他高低溫箱內加熱或冷卻，則試驗件自高低溫箱內取出至彈體撞擊的時間間隔不應大于2min；d）溫度控制系統應能夠滿足在保溫過程中溫度波動不超過±3℃。4.5測試儀器4.5.1天平使用測量精度為彈體重量0.5%以內的天平測量彈體的重量。4.5.2速度測量系統速度測量系統用于測量彈體實際沖擊速度，測速方法和設備有多種，本標準建議的測速方法有兩種：激光測速法或高速攝像測速法。速度測置系統應滿足以下要求：a）激光測速法以特定間隔平行放置兩股激光束，激光束的方向需與彈體運動方向垂直，通過激光束被彈體遮擋的時間計算沖擊速度；b）高速攝像測速法使用高速攝像記錄彈體運動過程，通過跟蹤彈體上某個點來測量沖擊速度；c）測速系統的精度應在沖擊速度的1%以內。4.5.3應變測量系統應變測量系統由應變傳感器、超動態應變儀、瞬態記錄儀等組成，用于測量試驗件在受撞擊過程中所產生的應變。應變測量系統應滿足以下要求：a）試驗前應對應變傳感器進行校準并驗證其工作的可靠性；b）采用的超動態應變儀和瞬態記錄儀應有足夠高的響應頻率，至少在100kHz以上；c）整個系統的靜態標定精度應在士1%以內，動態應變測量精度在±10%以內。5T/CSAA28－20244.5.4高速攝像系統高速攝像系統用于記錄彈體接觸試驗件前的飛行軌跡、沖擊時的姿態、撞擊點位置、接觸試驗件的時間以及沖擊后彈體運動狀態，試驗件的碎裂和碎片散布情況等。高速攝像拍攝幀率應不低于1×104fps。同時應使用輔助光源，確保高速攝像系統能夠清晰的拍攝沖擊全過程。4.6試驗件4.6.1試驗件尺寸及形狀試驗件應為正方形，如圖4所示，建議試驗件的名義長度（250±0.3）mm，名義寬度為（250士0.3）mm，建議名義厚度為（8±0.3）mm，也可以根據需要，選取合適的厚度，但應使邊長與厚度的比值不小于20。另外，需要在報告中敘述實際使用的厚度。4.6.2試驗件制備所有試驗件應是符合生產圖樣和專用技術要求的合格件，并附帶合格證或質量證明文件。試驗件的制造和加工應符合以下要求：a）加工時應保證試驗件平坦，表面互相平行；b）切割試驗件時應避免由于不恰當的加工方法引起的切口、刻痕、粗糙、分層或不平的表面；c）所有試驗件應附帶合格證或質量證明文件。4.6.3試驗件安裝試驗件的安裝滿足下列要求：a）試驗件應通過夾具緊固在試驗臺上，安裝狀態應滿足任務書/委托書要求；b）試驗件四邊均勻夾持，夾持力矩不小于25N·m，試驗件中心點應位于彈道軌跡上；c）試驗件邊緣的受夾寬度應不小于試驗件寬度的1/10；d）試驗件上的預定彈著點應以炮管中軸線為基準確定，靶板與出彈口距離范圍應符合HB7084-2014的要求。4.6.4標識應對試驗件進行標識，以相互區分，且確保可追溯性。標識不應對試驗造成影響，也不應受試驗影響。4.7安全要求4.7.1試驗室應設置安全防護措施，至少將炮口及試驗件部分應放置在密閉空間內，可安裝觀察窗和安全門，密閉空間內的墻體應作保護處理。6T/CSAA28－20244.7.2在試驗期間，空氣炮的操縱和維護應具備人身安全保護措施。4.7.3用繩索圍起或用柵欄隔開試驗場地，包括從空氣炮口到試驗臺之間適當范圍內的區域。4.7.4在發射之前發出警告信號，所有人員撤離現場。同時，安全負責人員檢查現場，以確保試驗場地確實沒有任何人。4.7.5試驗場內應有保護屏，以保護人員和設施免受撞擊后飛出碎片的損傷。4.7.6試驗結束后，應及時清洗試驗場地，清除掉彈體及碎塊。5詳細要求5.1試驗程序5.1.1根據試驗的要求，首先安放速度測量系統和高速攝像系統等，調試、檢查所有試驗儀器設備的運行狀態，確保測量系統可靠運行。5.1.2用天平測量并記錄使用的彈體的重量。5.1.3校準彈速，確定壓力值。根據試驗要求的彈體和沖擊速度確定試驗所需要的壓力，并進行實彈射擊，如果實彈射擊速度與要求速度偏差超過±2%，則調整氣炮壓力再次進行實彈射擊，直至彈速偏差小于±2%。5.1.4校準沖擊姿態。調整試驗室環境、彈托安裝方式及其余可能的因素，對試驗要求的彈體和沖擊姿態進行調整，直至連續兩次實彈射擊的沖擊姿態滿足要求。5.1.5校準彈著點。將外形尺寸類似的模擬試驗件安裝在夾具上，使用激光或水平儀等方法，確認空氣炮瞄準試驗件上的預定彈著點。將彈體放置于彈體發射系統，按照5.1.3確定的壓力值對設備進行參數設置，發射彈體，沖擊模擬試驗件，校準彈著點。5.1.6對待測試驗件進行外觀檢查，對于有初始缺陷、不符合要求的試驗件，應予以作廢。使用千分尺或具有同等以上精度的器具測量試驗件厚度，核對并記錄試驗件結構。如需測量撞擊過程中試驗件的應變，則外觀檢查后按照試驗任務書的要求在試驗件的相應位置，按規定方向粘貼應變片，粘貼時要排除干凈粘結層的空氣，確保粘結層的牢固度和方向的準確性。5.1.7按照4.6.2的要求安裝試驗件，檢查、調整試驗件的安裝角度和安裝位置，使用激光或水平儀等方法重新校準預定沖擊位置。5.1.8試驗件安裝就緒、各項準備工作完成，且各測量系統運行正常后，對試驗件撞擊前狀態和儀器狀態進行拍照。5.1.9對于有溫度要求的沖擊試驗，需啟動溫度控制系統，待溫度達到目標值，并根據試驗任務書的要求進行保溫，待達到保溫時間，撤去溫度控制箱。5.1.10向壓力容器充氣，根據5.1.3的校準結果選擇合適的充氣壓力，達到壓力值時停止充氣，向各觀測人員發出準備發射信號，各觀測人員確認各自所管測量儀器工作正常，則立即啟動空氣釋放裝置發射彈體，同時觸發高速攝像機以及采集系統。5.1.11彈體發射撞擊試驗件后，首先記錄、保存好各項試驗數據，以防止電子數字化數據的丟失，然后對撞擊后試驗件的狀態進行拍照，照片中要顯示出試驗件編號、撞擊點位置、撞擊速度等信息。5.1.12通過高速攝像系統記錄彈體沖擊過程；通過速度測量系統計算彈體沖擊速度以及剩余速度（如果穿透通過應變采集系統記錄試驗件在受撞擊過程中各點所產生的應變。5.1.13記錄