與傳統結構材料相比，聚合物基復合材料（PMC）具有更高的性能和柔韌性。然而，這些優勢是采用多種原材料并通過增加材料復雜性為代價的，因而對于這些材料的測試也帶來了一定的挑戰。

材料特性的基本表征包括在不同的載荷條件下進行一系列試驗——拉伸、壓縮、剪切和彎曲。復合材料具有各向異性（即力學性能取決于方向）和不均勻性（即材料成分不均勻，如增強纖維與樹脂基體）。對于關鍵的復合材料應用，通常需要進行其他更復雜的試驗來確定材料在使用條件下以及在典型環境中的耐久性。比如，評估航空航天工業復合材料沖擊后壓縮（CAI）試驗、風能行業疲勞載荷以及汽車碰撞防護的高速拉伸試驗都很重要。

CAI的含義

CAI（沖擊后壓縮強度）實際上有兩種含義：

1） 評定含損傷時的材料性能指標；

2） 復合材料層壓板受沖擊產生損傷后的壓縮強度。前者一定是對特定的層壓板，在特定條件下得到的含沖擊損傷層壓板的壓縮強度；而后者可以是任意的層壓板（包括結構）在壓縮載荷下的壓縮剩余強度；

由于CAI值不僅用于評定材料性能的指標，同時也是用于結構設計確定設計值的基礎，因此纖維增強復合材料的CAI值測試越來越重要，隨著人們對CAI值不斷的理解和深入，由初始僅作為評定樹脂增韌的標準，到目前已用于從材料研制擴展到為結構設計等提供有關損傷容限能力的知識數據需求。

CAI測試標準及注意事項

常用的測試標準為ASTM D7137/D7137M、ASTM D7136/D7136M、ISO 18352，試驗機的同軸度、夾具的選擇以及壓盤的平行度都會對測試結果產生較大影響。

• ASTM D7136：測量纖維增強聚合物基體復合材料抵抗落錘沖擊損傷的能力
• ASTM D7137：受損聚合物基體復合材料板的殘余抗壓強度性能
• ISO 18352：測定在指定沖擊能級下的沖擊后壓縮性能
• AITM 1.0010：空客試驗方法，用于測定沖擊后壓縮強度
• 波音BSS 7260，II型：復合材料層壓板的沖擊后抗壓強度試驗

使用的勢能為4.94 ft-lb（6.7J）乘以試樣厚度。使用直徑為0.625英寸（16mm）的半球形沖擊器，將試樣支撐在剛性支撐夾具上，并在支撐底座中具有適當尺寸的窗口，使其承受面外集中沖擊，材料的抗損傷性根據試樣中留下的損傷大小和類型計算。

測試儀器

1、儀器化落錘沖擊試驗機

錘體的更換，針對用戶對不同試樣的沖擊要求，需不同更換不同質量范圍的錘體。錘體通過增加砝碼可滿足 8kg～23kg 重量的沖擊。錘頭的更換，用戶可根據各種試驗方法標準，更換符合標準的沖擊錘頭。

a、落錘沖擊頭應有導向裝置，沖擊點的重復性偏差應不大于3mm。試驗裝置應有防止二次沖擊的裝置。如果沒有防止二次沖擊的裝置，可以通過在沖擊頭離開試樣表面反彈后,用一片剛性材料(木頭,金屬等)插到沖擊頭和試樣之間，以防止二次沖擊。

b、落錘高度可調，高度標尺精度為0.5mm。沖擊試驗支撐夾具上下表面的平行度應能夠保證試樣支撐夾具上下表面的平行度應能夠保證試樣在受沖擊位置水平放置，導向銷必須保證試樣中心收到沖擊，鉸接夾及其橡皮頭，在試樣收到沖擊過程中能夠壓緊試樣。

2、沖擊后壓縮試驗夾具

注：沖擊后壓縮試驗夾具應具有足夠的剛度和尺寸精度，以保證試樣均勻受壓，并且不會發生屈曲。

3、千分尺

4、試驗條件

壓縮速度：1.25mm/min土0.5mm/min。

試驗溫度：在室溫（23°）和相對濕度小于60%條件下進行

沖擊能量的計算：

測試流程

1、試樣的制備

1）試樣形狀及尺寸

試樣形狀及長度、寬度尺寸如圖所示試樣尺寸公差為士0.25mm。

2）試樣厚度

試樣厚度為4.0~6.0mm，盡可能接近5.0mm

3）試樣數量

每組的有效試樣應不少于5個

4）層合板的鋪層方式

a、單向層合板

鋪層順序為[45/0/-45/90]ns，其中n為整數。如果預計的厚度值小于4.0mm則n值應變為n+1。針對不同的固化后單層名義厚度推薦層合板的鋪層方式，見表13。層合板的0°纖維方向與試樣長度方向一致。

b、機織物層合板

那么應該采用N的后繼值即N+1。表1中提供了對不同的固化后單層名義厚度推薦的鋪層，層壓板的鋪層應這樣定義，使得0°纖維方向與長度方向尺寸相一致。

c、其他鋪層方式

這種層壓板必須有多向纖維方位（對預浸帶層壓板纖維方位至少為3個，對織物層壓板至少2個鋪層方位），它們相對試驗方向是對稱均衡的。由其他鋪層順序進行的試驗必須指明所記錄的鋪層順序，并給出包括所有試驗結果的報告。

2、操作步驟

1）初步檢查試樣外觀，確保沒有顯著的缺陷或損傷。

2）測量試樣中心點（沖擊點）四周四點的厚度，取平均值，同時測量試樣的寬度。

3）計算需要施加在試樣中心的沖擊能量，并將試樣固定在沖擊試驗支撐夾具上。確保沖頭準確對準試樣中心，使用硬橡膠墊片固定試樣的四個角。計算并設置合適的沖擊高度，然后進行沖擊測試。

4）在沖擊后，測量并記錄沖擊表面和背面的損傷情況，包括凹坑尺寸和背面的裂紋形狀、尺寸。使用游標卡尺測量凹坑的最大深度。另外，使用超聲掃描儀觀察和分析損傷面積和尺寸。

5）安裝試樣在試驗夾具中，按照規定的速率施加壓縮載荷，直至達到最大載荷值。在載荷下降至最大載荷的約30%時，終止試驗，以避免真實破壞模式被大范圍的畸變所遮蔽，并防止損壞支持夾具。在整個試驗過程中，記錄時間、位移、載荷等數值，以生成力-位移曲線。

3、計算

1）極限壓縮強度

2）有效模量

3）統計——對每個系列試驗的壓痕深度d，計算平均值、標準差和偏差

系數（百分數）。

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