沖擊后壓縮的案例
復(fù)合材料沖擊后壓縮強(qiáng)度（CAI）測(cè)試關(guān)鍵要點(diǎn)，確保天舟貨運(yùn)飛船飛行安全性
ASTM D7136：測(cè)量纖維增強(qiáng)聚合物基體復(fù)合材料抵抗落錘沖擊損傷的能力
ASTM D7137：受損聚合物基體復(fù)合材料板的殘余抗壓強(qiáng)度性能
ISO 18352：測(cè)定在指定沖擊能級(jí)下的沖擊后壓縮性能
AITM 1.0010：空客試驗(yàn)方法，用于測(cè)定沖擊后壓縮強(qiáng)度
波音BSS 7260，II型：復(fù)合材料層壓板的沖擊后抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)
使用的勢(shì)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(dāng)尺寸的窗口，使其承受面外集中沖擊，材料的抗損傷性根據(jù)試樣中留下的損傷大小和類型計(jì)算。
測(cè)試儀器
1、儀器化落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)
錘體的更換，針對(duì)用戶對(duì)不同試樣的沖擊要求，需不同更換不同質(zhì)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(jù)各種試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，更換符合標(biāo)準(zhǔn)的沖擊錘頭。
a、落錘沖擊頭應(yīng)有導(dǎo)向裝置，沖擊點(diǎn)的重復(fù)性偏差應(yīng)不大于3mm。試驗(yàn)裝置應(yīng)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(diào)，高度標(biāo)尺精度為0.5mm。沖擊試驗(yàn)支撐夾具上下表面的平行度應(yīng)能夠保證試樣支撐夾具上下表面的平行度應(yīng)能夠保證試樣在受沖擊位置水平放置，導(dǎo)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(yàn)夾具
注：沖擊后壓縮試驗(yàn)夾具應(yīng)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(huì)發(fā)生屈曲。
展開 ABAQUS導(dǎo)入初始場(chǎng)變量（預(yù)定義場(chǎng)）多次低速沖擊以及沖擊后壓縮 ￥38
ABAQUS導(dǎo)入初始場(chǎng)變量（預(yù)定義場(chǎng)）
通常利用ABAQUS計(jì)算時(shí)，需要多步驟分析，例如計(jì)算多次低速沖擊以及沖擊后壓縮等，下面詳細(xì)描述利用數(shù)據(jù)傳遞方法進(jìn)行多步驟分析。（建議購(gòu)買視頻，視頻內(nèi)包含此帖子）
導(dǎo)入效果圖如下：
導(dǎo)入的損傷云圖
導(dǎo)入的應(yīng)力場(chǎng)
導(dǎo)入的位移場(chǎng)
分層損傷的導(dǎo)入
1. 計(jì)算完成后，新建一個(gè)ABAQUS 窗口，切記與上一步計(jì)算的ODB文件在同一個(gè)文件夾下，導(dǎo)入Part部件
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復(fù)合材料沖擊后壓縮CAI 綜述文獻(xiàn)（不斷更新）
復(fù)合材料沖擊后壓縮CAI 的文獻(xiàn)，我認(rèn)為總結(jié)比較好的文章，分享給大家
[1] Khathyri Fatima, ElkiheL Bachir, Delaunois Fabienn. Review of damages prediction in a composite material at low velocity impact Global Journal of Engineering and Technology Advances, 01 (01) (2019) 027–42.
REF1.pdf
[2] Raffael Bogenfeld, Janko Kreikemeier, Tobias Wille. Review and benchmark study on the analysis of low-velocity impact on composite laminates. Engineering Failure Analysis, 86 (2018) 72-99.
Ref2.pdf
[3] Youhong Tang, Lin Ye, Zhong Zhang, Klaus Friedrich. Interlaminar fracture toughness and CAI strength of fibre-reinforced composites with nanoparticles – A review. Composites Science and Technology, 86 (2013) 26-37.
ref3.pdf
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聚合物基復(fù)合材料沖擊后壓縮強(qiáng)度（CAI）測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)解讀及主要挑戰(zhàn)分析
但這類材料存在一個(gè)關(guān)鍵短板——對(duì)沖擊損傷異常敏感：微小的面外沖擊（如冰雹撞擊、工具墜落、碎石撞擊），就可能在材料內(nèi)部造成分層、基體裂紋等難以目視察覺的損傷，進(jìn)而大幅降低其承載能力，嚴(yán)重威脅結(jié)構(gòu)安全。
在此背景下，“沖擊后壓縮”（Compression After Impact, CAI）性能測(cè)試，成為復(fù)合材料研發(fā)、質(zhì)量控制、選型決策中不可或缺的核心環(huán)節(jié)，更是連接實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)與市場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵橋梁。
Background
什么是CAI測(cè)試？
很多人將CAI測(cè)試誤解為單一的沖擊實(shí)驗(yàn)，實(shí)則不然——它是一套完整的系統(tǒng)性能評(píng)估流程，核心目的是模擬復(fù)合材料在實(shí)際服役中“遭遇低能量沖擊后繼續(xù)承載”的嚴(yán)峻工況，精準(zhǔn)考核材料受損后的剩余壓縮強(qiáng)度。
其測(cè)試邏輯可概括為兩步：
第一步，通過標(biāo)準(zhǔn)化的落錘沖擊或準(zhǔn)靜態(tài)壓痕方法，在復(fù)合材料層合板試樣上引入可控、可重復(fù)的損傷，模擬實(shí)際使用中可能遇到的沖擊場(chǎng)景；
第二步，將已產(chǎn)生損傷的試樣固定在專用支撐夾具中，進(jìn)行壓縮試驗(yàn)直至失效，最終測(cè)定其壓縮殘余強(qiáng)度，以此判斷材料在受損后的結(jié)構(gòu)可靠性。簡(jiǎn)單來說，CAI測(cè)試就是給復(fù)合材料做“抗沖擊后的耐力測(cè)試”，直接決定材料能否在復(fù)雜工況下安全服役。
Standard
檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)解讀
當(dāng)前，業(yè)界普遍遵循ASTM D7136（落錘沖擊）與D7137（壓縮殘余強(qiáng)度）標(biāo)準(zhǔn)體系。這些標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了從試樣制備、沖擊引入到最終壓縮測(cè)試的全過程。
1. 核心試樣
標(biāo)準(zhǔn)推薦針對(duì)厚度為4.0至6.0毫米,建議厚度為5mm的層合板進(jìn)行測(cè)試，鋪層方式對(duì)結(jié)果有決定性影響。
展開 【技術(shù)】復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)共享系列（一）
6、以沖擊損傷和損傷無擴(kuò)展為特點(diǎn)的損傷容限設(shè)計(jì)
如前所述，沖擊損傷是碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)使用一開始就發(fā)現(xiàn)的特殊問題，迄今為止對(duì)沖擊損傷的研究一直是材料研制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝制造和使用維護(hù)關(guān)注的重點(diǎn)，也是航空結(jié)構(gòu)用環(huán)氧樹脂研制的核心。碳纖維復(fù)合材料沖擊損傷的特點(diǎn)是即使從外表面看不到任何損傷的痕跡，但其內(nèi)部出現(xiàn)的分層和基體裂紋可使其承載能力下降到無損狀態(tài)的40%以下，對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成了巨大的威脅。正因?yàn)?em>沖擊損傷的存在，長(zhǎng)期以來復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的壓縮設(shè)計(jì)值由于其沖擊后壓縮破壞應(yīng)變比較低而無法超過4000με（盡管無損試樣的壓縮破壞應(yīng)變B基準(zhǔn)值一般為7000~8000με），其原因就是樹脂的脆性導(dǎo)致的。在1980年代試圖將復(fù)合材料用于及機(jī)身機(jī)翼時(shí)，為使其減重獲得的效益超過其成本的增加，設(shè)計(jì)師的首選就是希望將復(fù)合材料的壓縮設(shè)計(jì)值提高到6000με，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)必須提高復(fù)合材料的沖擊后壓縮破壞強(qiáng)度（應(yīng)變），而有效措施就是必須對(duì)樹脂進(jìn)行增韌。當(dāng)初波音向東麗公司提出研發(fā)T800碳纖維的目標(biāo)時(shí)，除了纖維模量和強(qiáng)度指標(biāo)外，第三個(gè)指標(biāo)是將其與韌性樹脂復(fù)合后將壓縮設(shè)計(jì)值從3000~4000με提高到6000με。目前大家耳熟能詳?shù)?em>沖擊后壓縮強(qiáng)度（CAI）指標(biāo)，就是在進(jìn)行樹脂增韌研究過程中為評(píng)價(jià)增韌效果的背景下于1982年首次提出的。
值得指出的是，很多人認(rèn)為CAI的指標(biāo)是對(duì)規(guī)定的試樣和沖擊頭尺寸，在規(guī)定的支持狀態(tài)下用沖擊能量6.67J/mm進(jìn)行沖擊后得到的壓縮強(qiáng)度值。聯(lián)系到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的背景，這一理解是有問題的。民機(jī)適航權(quán)威文件AC20-107B《復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)》中給出的民用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷容限要求是“應(yīng)證明，由制造和使用中預(yù)計(jì)很可能出現(xiàn)，但不大于按所選檢測(cè)方法確定的可撿門檻值，不會(huì)使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低于極限承載能力。”
展開 軍用戰(zhàn)斗機(jī)中碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用及材料選擇標(biāo)準(zhǔn)（一）：應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)
因此，所有由碳纖維復(fù)合材料制成的飛機(jī)部件（例如機(jī)翼、機(jī)身、翅片）均已初步受力，上述性能對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)總重量的貢獻(xiàn)如下：拉伸模量=7%、壓縮模量=40%、開孔抗拉強(qiáng)度=15%、填充孔抗壓強(qiáng)度=22%、承載強(qiáng)度=11%、沖擊后壓縮強(qiáng)度=5%。
本文來自：碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)共享系列之二復(fù)合材料沖擊損傷的來龍去脈
例如成功確認(rèn)了國(guó)內(nèi)研制的T300/改性雙馬可用于某軍機(jī)帶整體油箱復(fù)合材料機(jī)翼；發(fā)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)研制的另一款T300/改性雙馬材料體系的沖擊能量~壓縮破壞應(yīng)變曲線門檻值偏低的原因是未進(jìn)行適當(dāng)?shù)?em>后處理，同時(shí)證實(shí)了將其固化溫度降低到200?C仍可滿足設(shè)計(jì)要求，解決了該材料體系在工程應(yīng)用中遇到的難題。
圖2 國(guó)外設(shè)計(jì)手冊(cè)給出的設(shè)計(jì)值
2.2 沖擊后壓縮強(qiáng)度的研究和應(yīng)用
從1980年代開始，工程應(yīng)用部門逐漸發(fā)現(xiàn)，對(duì)復(fù)合材料蒙皮結(jié)構(gòu)威脅最大的是制造和使用期間遇到的工具掉落等低能量外來物沖擊，因?yàn)檫@種沖擊往往從外表面無法發(fā)現(xiàn)，但內(nèi)部可能已出現(xiàn)大量的內(nèi)部缺陷，包括分層和基體裂紋，其壓縮剩余強(qiáng)度有可能只有完好材料的40%或更低，此后國(guó)外對(duì)沖擊損傷的研究轉(zhuǎn)為采用落錘方法引入損傷，然后測(cè)試其含沖擊損傷試樣的壓縮強(qiáng)度。隨著對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)積累，國(guó)外已認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)壓縮設(shè)計(jì)值的確定應(yīng)基于開孔壓縮強(qiáng)度和沖擊后壓縮強(qiáng)度（見圖3），特別是后者。
圖3 用于確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值的條件
前面提到1970年代初國(guó)際石油危機(jī)爆發(fā)，碳纖維在民用飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用提到議事日程，美國(guó)NASA和FAA贊助了ACEE（飛機(jī)能效）計(jì)劃，當(dāng)時(shí)的目標(biāo)是把復(fù)合材料最終用于機(jī)翼機(jī)身等主承力結(jié)構(gòu)。由于對(duì)沖擊損傷的考慮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)壓縮設(shè)計(jì)值只能取為3000~4000με，美國(guó)和歐洲在關(guān)于論證復(fù)合材料機(jī)翼方案時(shí)均指出，為使減重得到的效益超過使用復(fù)合材料帶來成本的增加，其必要條件是把壓縮設(shè)計(jì)值提高到6000με。復(fù)合材料界的共同認(rèn)識(shí)復(fù)合材料沖擊后壓縮性能低的原因是樹脂的脆性，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是樹脂增韌，自此以后，樹脂增韌成了航空復(fù)合材料的研究重點(diǎn)。
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復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)共享系列之二復(fù)合材料沖擊損傷的來龍去脈
例如成功確認(rèn)了國(guó)內(nèi)研制的T300/改性雙馬可用于某軍機(jī)帶整體油箱復(fù)合材料機(jī)翼；發(fā)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)研制的另一款T300/改性雙馬材料體系的沖擊能量~壓縮破壞應(yīng)變曲線門檻值偏低的原因是未進(jìn)行適當(dāng)?shù)?em>后處理，同時(shí)證實(shí)了將其固化溫度降低到200?C仍可滿足設(shè)計(jì)要求，解決了該材料體系在工程應(yīng)用中遇到的難題。
圖2 國(guó)外設(shè)計(jì)手冊(cè)給出的設(shè)計(jì)值
2.2 沖擊后壓縮強(qiáng)度的研究和應(yīng)用
從1980年代開始，工程應(yīng)用部門逐漸發(fā)現(xiàn)，對(duì)復(fù)合材料蒙皮結(jié)構(gòu)威脅最大的是制造和使用期間遇到的工具掉落等低能量外來物沖擊，因?yàn)檫@種沖擊往往從外表面無法發(fā)現(xiàn)，但內(nèi)部可能已出現(xiàn)大量的內(nèi)部缺陷，包括分層和基體裂紋，其壓縮剩余強(qiáng)度有可能只有完好材料的40%或更低，此后國(guó)外對(duì)沖擊損傷的研究轉(zhuǎn)為采用落錘方法引入損傷，然后測(cè)試其含沖擊損傷試樣的壓縮強(qiáng)度。隨著對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)積累，國(guó)外已認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)壓縮設(shè)計(jì)值的確定應(yīng)基于開孔壓縮強(qiáng)度和沖擊后壓縮強(qiáng)度（見圖3），特別是后者。
圖3 用于確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值的條件
前面提到1970年代初國(guó)際石油危機(jī)爆發(fā)，碳纖維在民用飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用提到議事日程，美國(guó)NASA和FAA贊助了ACEE（飛機(jī)能效）計(jì)劃，當(dāng)時(shí)的目標(biāo)是把復(fù)合材料最終用于機(jī)翼機(jī)身等主承力結(jié)構(gòu)。由于對(duì)沖擊損傷的考慮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)壓縮設(shè)計(jì)值只能取為3000~4000με，美國(guó)和歐洲在關(guān)于論證復(fù)合材料機(jī)翼方案時(shí)均指出，為使減重得到的效益超過使用復(fù)合材料帶來成本的增加，其必要條件是把壓縮設(shè)計(jì)值提高到6000με。復(fù)合材料界的共同認(rèn)識(shí)復(fù)合材料沖擊后壓縮性能低的原因是樹脂的脆性，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是樹脂增韌，自此以后，樹脂增韌成了航空復(fù)合材料的研究重點(diǎn)。
展開 LS-DYNA 模擬SHPB沖擊壓縮試驗(yàn) ￥15.9
對(duì)SHPB沖擊壓縮試驗(yàn)進(jìn)行模擬，利用ANSYS APDL 建立1/4模型，并利用LS-PrePost進(jìn)行k文件修改，給巖石試樣選擇HJC模型，定義接觸和失效準(zhǔn)則……
k文件如下
實(shí)時(shí)高溫條件下SHPB沖擊壓縮模擬方法
溫度對(duì)于花崗巖力學(xué)特性有不可忽視的影響，模擬100℃和200℃下花崗巖SHPB 試驗(yàn)時(shí)必須考慮溫度的作用，借助“隱式-顯式順序求解法”模擬實(shí)時(shí)溫度下花崗巖的沖擊破壞過程。眾所周知，ANSYS 隱式方法能高效的求解靜載問題，而求解瞬態(tài)問題則需要借助顯式方法，“隱式-顯式順序求解法”實(shí)質(zhì)上就是將隱式的求解結(jié)果寫入的drelax文件，接著ANSYS/LS-DYNA 讀入這些變形，并且對(duì)描述的幾何模型進(jìn)行初始化，之后再進(jìn)行瞬態(tài)求解。計(jì)算具體過程概括如下:
(1)取常溫下花崗巖的線熱膨脹系數(shù)為8x10-6C-1，首先對(duì)試樣施加溫度荷載，求解分析的隱式部分(熱荷載):
(2)改變模型文件名，避免隱式求解結(jié)果被顯式求解結(jié)果覆蓋
(3)將隱式單元轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的顯式單元;
(4)更新單元關(guān)鍵選項(xiàng)，如材料屬性等;
(5)移除人為施加在模型上的多余約束;
(6)將隱式求解結(jié)果(節(jié)點(diǎn)位移等)寫入drelax文件:
(7)通過 drelax文件，為顯式求解進(jìn)行幾何模型的初始化:
(8)為顯式求解施加沖擊荷載和接觸條件:
(9)求解該分析的顯示部分(沖擊荷載)。
雖然ANSYS/LS-DYNA軟件已經(jīng)提供了大量的材料本構(gòu)模型，但是仍無法包含一些具有特殊力學(xué)性能的材料。正是由于此原因，LS-DYNA 提供了可供用戶自定義的材料本構(gòu)接口，通過此接口，用戶可以將材料所具有的特殊力學(xué)性能嵌入LS-DYNA軟件中，從而完成問題的數(shù)值模擬。自定義本構(gòu)子程序參量包括了材料參數(shù)、應(yīng)變?cè)隽俊r(shí)間步長(zhǎng)現(xiàn)時(shí)刻應(yīng)力和歷史變量值等。用FORTRAN或C語言編寫材料本構(gòu)子程序，應(yīng)變?cè)隽坑沙绦虮旧砀鶕?jù)守恒方程和運(yùn)動(dòng)方程獲得，在每個(gè)時(shí)間步過程中調(diào)用子程序求解出應(yīng)力的增量。
《內(nèi)容轉(zhuǎn)載》
展開 包含預(yù)制裂紋及纖維包裹層的混凝土動(dòng)態(tài)沖擊壓縮 ￥40
不同方式下的動(dòng)態(tài)沖擊破壞效果如下：
