零件沖擊試驗(yàn)方法 第4部分 復(fù)合材料平板抗沖擊性能試驗(yàn)（征求意見(jiàn)稿）

T/CSAA2X-2024零件沖擊試驗(yàn)方法第4部分：復(fù)合材料平板抗沖擊性能試驗(yàn)本文件規(guī)定了利用空氣炮進(jìn)行復(fù)合材料平板抗沖擊性能試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)康摹⒃囼?yàn)環(huán)境、試驗(yàn)設(shè)備儀器、試驗(yàn)人員、試驗(yàn)樣品、試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)程序、試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄取和處理、試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定、試驗(yàn)報(bào)告等方面要求。本文件適用于復(fù)合材料平板抗沖擊性能測(cè)試。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GJB2464A-2020飛機(jī)透明件鳥(niǎo)撞試驗(yàn)方法3術(shù)語(yǔ)和定義下列定義的術(shù)語(yǔ)適用于本文件。3.1空氣炮gasgun由儲(chǔ)氣罐、發(fā)射機(jī)構(gòu)、炮管等組成，用于發(fā)射彈體撞擊試驗(yàn)件。3.2彈體missilebody用于對(duì)螺旋槳葉片試驗(yàn)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(zhì)量塊。3.3撞擊點(diǎn)impactpoint彈體質(zhì)心前進(jìn)軌跡與前進(jìn)中受試復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表面的交會(huì)點(diǎn)。3.4沖擊速度impactspeed沖擊物接觸被測(cè)試驗(yàn)件前，沖擊物在運(yùn)動(dòng)方向上的速度。3.5穿透penetration沖擊物的沖擊侵徹作用使沖擊物完全穿過(guò)被測(cè)試驗(yàn)件，且在被測(cè)試驗(yàn)件的另一面完全露出。3.6剩余速度residualvelocity彈體擊穿被測(cè)試驗(yàn)件后的速度。3.7臨界穿透速度criticalpenetratingvelocity2T/CSAAXX-2024被測(cè)試驗(yàn)件被穿透，但剩余速度為零的彈體初始速度。4一般要求4.1試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)空氣炮發(fā)射明膠彈或特定形狀的金屬質(zhì)量塊，模擬復(fù)合材料平板受到鳥(niǎo)撞以及硬物沖擊的工況，以測(cè)試復(fù)合材料平板試驗(yàn)件的抗沖擊性能，獲得復(fù)合材料平板試驗(yàn)件的損傷特性。4.2試驗(yàn)環(huán)境試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)符合飛機(jī)型號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范，或由試驗(yàn)任務(wù)書(shū)規(guī)定。若無(wú)規(guī)定，試驗(yàn)應(yīng)在下述條作下進(jìn)a)環(huán)境溫度：20℃士5℃;b)大氣壓力：8.4×103Pa~1.06×103Pa；c)相對(duì)濕度：40%~80%。4.3試驗(yàn)人員試驗(yàn)人員應(yīng)熟練掌握試驗(yàn)室的業(yè)務(wù)知識(shí)，熟悉試驗(yàn)設(shè)備、儀器、儀表及安全設(shè)施的使用方法和安全操作規(guī)程，并會(huì)正確操作。試驗(yàn)人員上崗前應(yīng)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的上崗培訓(xùn)并取得相應(yīng)資質(zhì)。4.4試驗(yàn)設(shè)備及儀器4.4.1試驗(yàn)設(shè)備基本組成試驗(yàn)設(shè)備主要由彈體發(fā)射系統(tǒng)、彈體、彈托、靶架系統(tǒng)、高速攝像機(jī)、夾具及溫度控制系統(tǒng)組成，溫度控制系統(tǒng)可根據(jù)試驗(yàn)的溫度要求進(jìn)行配置，試驗(yàn)設(shè)備組成示意如圖1所示。4.4.2彈體發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射系統(tǒng)用于發(fā)射彈體，該系統(tǒng)主要由壓氣機(jī)、壓力容器、發(fā)射機(jī)構(gòu)、炮管和彈托等部分組成：a）壓氣機(jī)應(yīng)能在較短時(shí)間內(nèi)使壓力容器內(nèi)達(dá)到試驗(yàn)所需壓力；b）壓力容器依據(jù)彈體質(zhì)量和沖擊速度來(lái)設(shè)計(jì)壓力容器的容積和允許工作壓力；c）發(fā)射機(jī)構(gòu)可以是手動(dòng)、電動(dòng)或氣動(dòng)裝置，該裝置應(yīng)在充氣過(guò)程中不漏氣，在發(fā)射時(shí)保證壓縮T/CSAA2X-2024空氣在瞬間全部快速通過(guò)；d）炮管內(nèi)壁光滑，內(nèi)徑和長(zhǎng)度依據(jù)彈體質(zhì)量大小、彈體射出速度以及對(duì)空氣炮的性能要求來(lái)選e）彈托為與彈體和炮膛內(nèi)壁很好匹配的圓柱形桶，彈托可用泡沫塑料或其他材質(zhì)制作；f）彈托止動(dòng)裝置應(yīng)很好的使彈托和彈體分離，并采取必要措施，防止彈托碎屑干擾測(cè)速系統(tǒng)或撞擊損傷試驗(yàn)件。4.4.3彈體4.4.3.1鳥(niǎo)彈鳥(niǎo)彈的制作應(yīng)滿足以下要求：a）在試驗(yàn)使用前1h內(nèi)將雞窒息至死或宰殺。雞在包裝前應(yīng)首先進(jìn)行稱重，使用的稱量器具精度至少為雞重量的0.5%；b）鳥(niǎo)彈的包裝材料可選用聚乙烯薄膜、棉織品或尼龍等材質(zhì)；c）鳥(niǎo)彈的重量應(yīng)滿足GJB2464A-2020的相關(guān)規(guī)定。4.4.3.2明膠彈（人工鳥(niǎo)彈）明膠彈制作應(yīng)滿足以下要求：a）明膠彈的制作應(yīng)滿足一定的配比要求，其參數(shù)應(yīng)接近密度為900-1000kg/m3，孔隙率為b）明膠彈的制作是通過(guò)將明膠溶液澆筑于模具中，脫模過(guò)程中要非常小心，保證明膠彈不至于在發(fā)射前就發(fā)生變形或破壞；c）明膠彈的制備宜作為實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，每一發(fā)彈體都使用0.5mm的聚酯膜環(huán)繞包覆，豎立儲(chǔ)存于保鮮柜中，第二天即投入使用。4.4.3.3金屬質(zhì)量塊金屬質(zhì)量塊彈體宜為50×50mm的正方形鈦合金彈片，其尺寸可見(jiàn)圖2。4.4.4靶架系統(tǒng)靶架系統(tǒng)用于提供試驗(yàn)件安裝支承平臺(tái)和安全防護(hù)，主要由試驗(yàn)臺(tái)、防護(hù)屏組成，靶架系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：a）試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)由底架和試驗(yàn)件支承架兩部分組成，能夠承受較大沖擊載荷；b）試驗(yàn)件支承架角度應(yīng)可調(diào)節(jié)，同時(shí)在底架上能作三維移動(dòng)定位，以滿足試驗(yàn)件上彈著點(diǎn)的選c）防護(hù)屏應(yīng)能接收校準(zhǔn)試炮時(shí)發(fā)射的彈體，同時(shí)能夠承受沖擊載荷。4.4.5夾具4T/CSAAXX-2024夾具如圖3所示，其設(shè)計(jì)應(yīng)便于試驗(yàn)件的安裝、調(diào)整，撞擊過(guò)程中不干涉試驗(yàn)件變形，不妨礙速度測(cè)量系統(tǒng)和攝像系統(tǒng)的工作。4.4.6溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)用于加熱或冷卻試驗(yàn)件，達(dá)到試驗(yàn)所要求的溫度。通常試驗(yàn)溫度范圍為-50℃~550℃可調(diào)。所用設(shè)備應(yīng)能提供均勻的熱源或冷源，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)使試驗(yàn)件達(dá)到所要求的溫度和~穩(wěn)定的溫度梯度。該系統(tǒng)主要由升溫裝置、降溫裝置等組成：a）升溫裝置：可采用鋁臺(tái)金蓋罩，罩內(nèi)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(yàn)件表面進(jìn)行加熱，也可采用試驗(yàn)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(nèi)通入液氮降溫裝置；c）若試驗(yàn)件在其他高低溫箱內(nèi)加熱或冷卻，則試驗(yàn)件自高低溫箱內(nèi)取出至鳥(niǎo)彈撞擊的時(shí)間間隔不應(yīng)大于5min；d）溫度控制系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足在保溫過(guò)程中溫度波動(dòng)不超過(guò)±3℃。4.5測(cè)試設(shè)備4.5.1天平使用測(cè)量精度為彈體重量0.5%以內(nèi)的天平測(cè)量彈體的重量。4.5.2速度測(cè)置系統(tǒng)速度測(cè)量系統(tǒng)用于測(cè)量沖擊體實(shí)際沖擊速度，測(cè)速方法和設(shè)備有多種，本標(biāo)準(zhǔn)建議的測(cè)速方法有兩種：激光測(cè)速法或高速攝像測(cè)速法。速度測(cè)置系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：a）激光測(cè)速法以特定間隔平行放置兩股激光束，通過(guò)激光束被彈體遮擋的時(shí)間計(jì)算沖擊速度。激光束的方向需與沖擊物運(yùn)動(dòng)方向垂直；b）高速攝像測(cè)速法使用高速攝像記錄沖擊物運(yùn)動(dòng)過(guò)程，通過(guò)跟蹤彈體上某個(gè)點(diǎn)來(lái)測(cè)量沖擊速度；c）測(cè)速系統(tǒng)的精度應(yīng)在沖擊速度的1%以內(nèi)。4.5.3應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)用于測(cè)量試驗(yàn)件在受撞擊過(guò)程中試驗(yàn)件所產(chǎn)生的應(yīng)變，該系統(tǒng)由應(yīng)變傳感器、超5T/CSAA2X-2024動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、瞬態(tài)記錄儀等組成：a）采用的應(yīng)變傳感器應(yīng)校準(zhǔn)并驗(yàn)證其工作的可靠性；b）采用的超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和瞬態(tài)記錄儀應(yīng)有足夠高的響應(yīng)頻率，至少在100k以上；c）整個(gè)系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定精度應(yīng)在士1%以內(nèi)，動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量精度在±10%以內(nèi)。4.5.4高速攝像系統(tǒng)高速攝像系統(tǒng)用于記錄彈體接觸試驗(yàn)件前的飛行軌跡、沖擊時(shí)的姿態(tài)、撞擊點(diǎn)位置、接觸試驗(yàn)件的時(shí)間以及沖擊后彈體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，試驗(yàn)件的碎裂和碎片散布情況等。高速攝像拍攝速度應(yīng)不低于10000幀/s。必要時(shí)，應(yīng)使用輔助光源，確保高速攝像系統(tǒng)能夠清晰的拍攝沖擊全過(guò)程。4.6試驗(yàn)件要求4.6.1試驗(yàn)件尺寸及形狀試驗(yàn)件應(yīng)為正方形，如圖4所示，試驗(yàn)件的名義長(zhǎng)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?？梢愿鶕?jù)需要，選取合適的厚度，但應(yīng)使邊長(zhǎng)與厚度的比值不小于20。另外，需要在報(bào)告中敘述實(shí)際使用的厚度。4.6.2試驗(yàn)件制備所有試驗(yàn)件應(yīng)是符合生產(chǎn)圖樣和專用技術(shù)要求的合格件，并附帶合格證或質(zhì)量證明文件。試驗(yàn)件的制造和加工應(yīng)符合以下要求：a）加工時(shí)應(yīng)保證試驗(yàn)件平坦，表面互相平行：b）切割試驗(yàn)件時(shí)應(yīng)避免由于不恰當(dāng)?shù)募庸し椒ㄒ鸬那锌?、刻痕、粗糙、分層或不平的表面：c）記錄并報(bào)告制備試驗(yàn)件的切割方法。4.6.3試驗(yàn)件安裝試驗(yàn)件的安裝滿足下列要求：a）試驗(yàn)件應(yīng)通過(guò)夾具緊固在通用或?qū)Ｓ迷囼?yàn)臺(tái)上，安裝狀態(tài)應(yīng)滿足任務(wù)書(shū)/委托書(shū)要求；b）試驗(yàn)件四邊均勻夾持，夾持力矩不小于10N·m，試驗(yàn)件中心點(diǎn)應(yīng)位于彈道軌跡上；c）試驗(yàn)件上的預(yù)定彈著點(diǎn)應(yīng)以炮管中軸線為基準(zhǔn)確定，為保持彈體沖擊姿態(tài)，靶板與出彈口距離約為0.2m。4.6.4標(biāo)識(shí)應(yīng)對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行標(biāo)識(shí)，以相互區(qū)分，且確保可追溯性。標(biāo)識(shí)不應(yīng)對(duì)試驗(yàn)造成影響，也不應(yīng)受試驗(yàn)影響。6T/CSAAXX-20244.7試驗(yàn)室要求試驗(yàn)室應(yīng)設(shè)置安全防護(hù)措施，至少將炮口及試驗(yàn)件部分應(yīng)放置在一密閉空間內(nèi)，可安裝觀察窗和安全門，密閉空間內(nèi)的墻體應(yīng)做保護(hù)處理。4.8安全要求4.8.1在試驗(yàn)期間，空氣炮的操縱和維護(hù)應(yīng)有周密的人身安全保護(hù)措施。4.8.2用繩索圍起或用柵欄隔開(kāi)試驗(yàn)場(chǎng)地，包括從空氣炮口到試驗(yàn)臺(tái)在內(nèi)的適當(dāng)范圍內(nèi)的區(qū)域。4.8.3在發(fā)射之前發(fā)出警告信號(hào)，所有人員撤離現(xiàn)場(chǎng)。同時(shí)，安全負(fù)責(zé)人員檢查現(xiàn)場(chǎng)，以確保試驗(yàn)場(chǎng)地確實(shí)沒(méi)有任何人。4.8.4在發(fā)出撤離試驗(yàn)場(chǎng)地的警告信號(hào)之后，如有必要需要有人進(jìn)入試驗(yàn)場(chǎng)地時(shí)，必須采取足夠的安全措施，保證空氣炮不會(huì)發(fā)生失誤擊發(fā)，直到再次撤離試驗(yàn)場(chǎng)地。4.8.5試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)清洗試驗(yàn)場(chǎng)地，清除掉彈體及碎塊。4.8.6試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)應(yīng)有保護(hù)屏，以保護(hù)人員和設(shè)施免受撞擊后飛出碎片的損傷。5詳細(xì)要求5.1試驗(yàn)程序5.1.1沖擊速度校準(zhǔn)5.1.1.1根據(jù)試驗(yàn)的要求，首先安放速度測(cè)量系統(tǒng)和高速攝像系統(tǒng)等，調(diào)試、檢查所有試驗(yàn)儀器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，確保測(cè)量系統(tǒng)可靠運(yùn)行。5.1.1.2每次正式試驗(yàn)前，要根據(jù)試驗(yàn)要求的彈體和沖擊速度確定試驗(yàn)所需要的壓力，并進(jìn)行實(shí)彈射擊，如果實(shí)彈射擊速度與要求速度偏差超過(guò)±3%，則調(diào)整氣炮壓力再次進(jìn)行實(shí)彈射擊，直至彈速偏差小于±3%方可進(jìn)行正式試驗(yàn)。5.1.2沖擊姿態(tài)校準(zhǔn)每次正式試驗(yàn)前，需要通過(guò)調(diào)整試驗(yàn)室環(huán)境、彈托安裝方式或其余可能的因素，對(duì)試驗(yàn)要求的彈體和沖擊姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，直至連續(xù)兩次實(shí)彈射擊的沖擊姿態(tài)滿足要求，方可進(jìn)行正式試驗(yàn)。5.1.3正式試驗(yàn)5.1.3.1使用激光、鏡子、水平儀等方法，確認(rèn)空氣炮或加速裝置瞄準(zhǔn)了試驗(yàn)件中心，且方向與試驗(yàn)件法向?qū)R。測(cè)量并記錄使用的沖擊物的重量，以g為單位，精確到小數(shù)點(diǎn)后1位有效數(shù)字。5.1.3.2隨后將彈體放置于彈體發(fā)射系統(tǒng)，并將同等尺寸的模擬試驗(yàn)件安裝在夾具上。校準(zhǔn)彈速以及彈著點(diǎn)位置，按照5.1.1.2校準(zhǔn)后的參數(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，使彈速偏差在±3%以內(nèi)，校準(zhǔn)彈著點(diǎn)位置。5.1.3.3對(duì)待測(cè)試驗(yàn)件進(jìn)行外觀檢查，有初始缺陷、對(duì)于不符合要求的試驗(yàn)件，應(yīng)予以作廢。使用千分尺或具有同等以上精度的器具測(cè)量試驗(yàn)件厚度，核對(duì)并記錄試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)。如需測(cè)量撞擊過(guò)程中試驗(yàn)件應(yīng)變，則檢查缺陷后在試驗(yàn)件內(nèi)表面，按所需方向粘貼應(yīng)變片，粘貼時(shí)要排除干凈粘結(jié)層的空氣，確保粘結(jié)層的牢固度和方向的準(zhǔn)確性。5.1.3.4按照4.6.3的要求安裝試驗(yàn)件，檢查、調(diào)整試驗(yàn)件的安裝角度和安裝位置，重新校準(zhǔn)預(yù)定沖擊位置。5.1.3.5如果對(duì)試驗(yàn)件溫度有特別要求，應(yīng)啟動(dòng)溫度控制系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行調(diào)溫工作，當(dāng)試驗(yàn)件溫度達(dá)到試驗(yàn)要求時(shí)，應(yīng)立即撞擊。5.1.3.6試驗(yàn)件安裝就緒、各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成，且各測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)行正常后，則對(duì)試驗(yàn)件撞擊前狀態(tài)和儀器狀態(tài)進(jìn)行拍照。然后開(kāi)始向壓力容器充氣，根據(jù)5.1.1.2的校準(zhǔn)結(jié)果選擇合適充氣壓力，達(dá)到壓力值時(shí)停止充氣，向各觀測(cè)人員發(fā)出準(zhǔn)備發(fā)射信號(hào)，各觀測(cè)人員確認(rèn)各自所管測(cè)量?jī)x器工作正常，7T/CSAA2X-2024則立即啟動(dòng)空氣釋放裝置發(fā)射彈體，同時(shí)觸發(fā)高速攝像機(jī)以及采集系統(tǒng)。5.1.3.7彈體發(fā)射撞擊試驗(yàn)件后，首先記錄、保存好各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以防止電子數(shù)字化數(shù)據(jù)的丟失，然后對(duì)撞擊后試驗(yàn)件的狀態(tài)進(jìn)行拍照，照片中要顯示出試驗(yàn)件編號(hào)、撞擊點(diǎn)位置、撞擊速度等信息。5.1.3.8通過(guò)高速攝像系統(tǒng)或速度測(cè)量系統(tǒng)記錄彈體沖擊速度以及剩余速度（如果穿透）。通過(guò)高速攝像系統(tǒng)記錄彈體沖擊前后的過(guò)程。通過(guò)應(yīng)變采集系統(tǒng)記錄試驗(yàn)件在受撞擊過(guò)程中各點(diǎn)所產(chǎn)生的應(yīng)變。5.1.3.9記錄試驗(yàn)結(jié)果，目視檢查和記錄試驗(yàn)件的損傷程度，檢查試驗(yàn)件損壞情況并給出抗沖擊能力評(píng)價(jià)結(jié)果。5.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄取和處理5.2.1沖擊動(dòng)能沖擊動(dòng)能按公式（1）計(jì)算。式中：M——彈體質(zhì)量；V0——彈體初始速度。5.2.2能量吸收率能量吸收率按公式（2）計(jì)算。式中：Vr——彈體剩余速度；V0——彈體初始速度。5.2.3剩余速度剩余速度按公式（3）計(jì)算。式中：V0——彈體初始速度；V50——臨界穿透速度，通常認(rèn)為在臨界穿透速度沖擊條件下，彈體有超過(guò)50%穿過(guò)靶板并鑲嵌于靶板。5.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性評(píng)定以下兩種情況的試驗(yàn)結(jié)果為有效試驗(yàn)：a）若實(shí)際沖擊位置的中心與試驗(yàn)件幾何中心的位置相差小于20mm，該次試驗(yàn)有效。b）若沖擊前彈體姿態(tài)任一角度的偏差小于10°,該次試驗(yàn)有效。8T/CSAAXX-20245.4試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容通常包括：a）試驗(yàn)名稱、試驗(yàn)項(xiàng)目