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多轴冲击不同测试方法下测试结果的比较

嘉峪检测网        2023-03-07 17:52

多轴冲击测试是测试材料的抗冲击性能。主要针对塑料等高分子材料的性能试验,用于模拟汽车、火车等运输工具的碰撞情况,检验车用外饰和内饰材料在碰撞过程所产生的破坏情况和受力行为,避免在实际碰撞中有碎片飞溅造成误伤,保障人的生命安全。多轴冲击的原理是撞锤在样件表面中心垂直打眼,以某一速度进行自由落体运动。
 
目前各类标准促使其所在国的内部形成统一标准, 提高效率。但是由于测试样条尺寸及测试条件上的细微差异,导致不同测试方法下所测得数据不能直接进行比较,造成财力、物力、 时间等方面的极大浪费。大家对需要统一的标准形成了共识,从而使 ASTM 和 ISO 成为目前世界上最为通用的测试方法。由于这两种测试方法在测试样条尺寸、测试条件上同样存在细微差异,因此导致了相互之间的数据难以通用、 最终测试结果难以比较。
 
现行的多轴冲击标准有 ISO 6603- 1、ISO 6603-2、ASTM D3763、TSM5608G 等。 本文主要比较 ISO 6603-2 和 ASTM D3763 中有关多轴冲击测试方法的差异,得出两标准测出的数据间的关联性。多轴冲击测试的主要试验参数有冲击速度、 落锤配重、高度、 试验能量、冲击头内径、夹具内径。在样式及能量不变的情况下,分别在两种落锤配重和冲击速度组合下进行试验, 从而比较 ISO 6603-2 与 ASTM D3763 之间挠度、载荷及能量的相关联性。
 
1、实验
 
1.1    ISO 6603-2 和 ASTM D3763 标准技术要求
 
ISO 6603-2标准中冲击头的内径为 20 mm,夹具内径为 40 mm,样品要求为 (60 mm × 60 mm×2 mm)的方板或者半径为 60 mm 的圆板。
 
ASTM D3763中冲击头的内径为 12.7 mm,夹具内径为76 mm,样品要求:长度≥89 mm, 内部应用厚度范围为2.5±0.2 mm,其他应用厚度范围为 3.2±0.2 mm。
 
1.2    材料
 
选用高抗冲击 ABS,橡胶含量为 30%;材料为(100 mm×100 mm×3.2 mm)的方板, 在 23℃、50% RH 条件下调节24h。
 
1.3    实验设备
 
Instron 9250 HV 多轴冲击试验机;设备最大落锤配重为 45.6kg,最大冲击速度为 20 m/s, 测试温度范围为-50~150℃。
 
1.4    实验方案
 

 
 
用 ISO 6603-2 和 ASTM D3763 标准分别进行条件1和条件2 实验,每个条件下测试 10 片样板。比较不同测试条件下挠度、载荷及能量间的相关联性。
 
1.5    计算
 
试验能量的单位为 J ,按式 (1) 计算。
 
 
 
式中,m 为落锤配重(kg);g 为重力加速度(g/m3 );h 为试验高度(m);v 为试验速度(m/s)。
 
2、 结果与讨论
 
2.1 ASTM D3763 标准不同冲击速度条件下挠度、载荷及能量的变化
 
采用 ASTM D3763 标准,在相同能量 135 J 下,分别用 3.5 m/s、6.7 m/s 的冲击速度进行试验。得到不同冲击速度下 ABS 各个时刻的挠度、载荷、能量的时程曲线,分别绘制出各个参数的时间历程图。如图 1 所示。 
 
图 1    ASTM D3763 标准不同冲击速度条件下挠度、载荷及能量的时程曲线
 
图 1c 显示了两种不同冲击速度下各个时刻材料能量的变化,材料完全断裂前能量随着冲击时间的增加而增大。由图 1b可知,载荷在撞击点之后开始衰减,直至变为0;试样完全断裂后载荷变为0,同时能量也会随之衰减。当冲击速度较小时,撞击点的能量、 断裂能量和总能量会因挠度的增大而增大。
 
2.2    ISO 6603-2 标准不同冲击速度条件下挠度、载荷及能量的变化
 
采用 ISO 6603-2 标准,在相同能量 135 J 下,分别用 3.5 m/s 、6.7 m/s 的冲击速度进行试验,得到不同冲击速度下 ABS 各个时刻的挠度、载荷、能量的时程曲线,分别绘制出各个 参数的时间历程图。如图2所示。
 
 
图 2    ISO 6603-2 标准不同冲击速度条件下挠度、载荷及能量的时程曲线
 
 
由表 2、图 2 可知,采用 ISO 6603-2 标准进行实验,在相同能量 135 J 下,分别以 3.5 m/s、 6.7 m/s 的冲击速度进行试验, 得到不同冲击速度下 ABS 各个时刻的挠度、载荷、能量时程 曲线,规律与 ASTM D3763 方法一致。
 
2.3    同一冲击速度条件下挠度、载荷及吸收能量的变化
 
在相同能量 135J下,分别采用 ASTM D3763 和 ISO 6603-2 标准以 6.7 m/s 的冲击速度 进行冲击试验, 得到同一冲击速度不同标准下 ABS 各个时刻的挠度、载荷、能量时程曲线, 分别绘制出了各个参数典型的时间历程 。如图 3 所示。
 
图 3    ASTM D3763 、ISO 6603-2 标准不同冲击速度条件下挠度、载荷及能量的时程曲线
 
 表 4    相同冲击速度下挠度、载荷及能量值
 
由于 ASTM D3763 冲击头的内径为 12.7 mm,ISO 6603-2 方法冲击头的内径为 20 mm。相同冲击速度下,冲击头内径越小,撞击点越容易产生裂纹即塑性变形,塑性变形消耗能量 越低,因而撞击点的挠度会因冲击头内径的减小而增大,能量会减小。但由于材料是韧性破坏,在撞击点后材料发生稳定缓慢裂纹扩展直至最终破坏,冲击头内径越大,材料断裂时能量和总能量越大。
 
3、结论
 
在不同冲击速度条件下分别采用 ASTM D3763 标准和 ISO 6603-2 标准测出的挠度、载荷及能量的变化规律一致,即挠度随冲击速度的增大而减小;当冲击速度小时,撞击接触力最大值的发生时间因为挠度的增大而延迟;撞击接触力的最大值随撞击速度的增大而增大;当冲击速度较小时,撞击点的能量、 断裂能量和总能量会因挠度的增大而增大。
 
在相同冲击速度条件下,采用 ASTM D3763 标准测出的撞击点挠度比 ISO 6603-2 标准 测出值大, 而屈服挠度、断裂挠度、 总挠度比 ISO 6603-2 标准测出值小;采用 ISO 6603-2 标准测出的撞击接触力的最大值、撞击点能量、 断裂能量和总能量比 ASTM  D3763 标准测出值大。
 

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来源:国高材分析测试中心