一种便携式小能量冲击试验装置及其使用方法与流程

本发明属于材料和结构性能试验的测试技术，涉及一种便携式小能量冲击试验装置及其使用方法。

背景技术：

复合材料具有较差的抗低速冲击能力，复合材料抗冲击损伤的特点是，在冲击表面无任何征兆的情况下，内部可能会出现大范围的内部分层，而且其压缩承载能力会急剧下降，甚至不到无损结构的40％，而危及飞机结构的安全。鉴于此，复合材料结构损伤容限要求的关键是对冲击损伤的考虑。目前，冲击损伤的引入主要采用美国ASTMD 7136试验标准“测量纤维增强聚合物基复合材料对落锤冲击事件的损伤阻抗的标准试验方法”。

ASTMD 7136冲击损伤引入的方法是用带有半球形钢制冲击头的落锤装置对矩形平板施加面外集中冲击载荷。冲击变量主要包括：冲击头的质量、冲击头的下落高度、冲击速度和冲击能量。冲击到矩形平板表面的能量是由落锤的势能转化而来的动能，落锤的势能定义为冲击头的质量和下落高度的乘积。

ASTMD 7136冲击损伤引入方法的典型的落锤冲击试验装置如图1所示。这种冲击装置主要包括刚性底座、落锤冲击头、信号传感器和导向机构。其中，冲击头的质量应为(5.5 0.25)kg，带有直径为(16 0.1)mm和硬度为(60-62)HRC的光滑撞击头；信号传感器指时间或速度传感器，考虑导轨的摩擦对冲击能量的影响，需要测量冲击头最终速度，在所测速度基础上计算冲击能量；导向机构采用圆柱形冲击头能顺利通过的圆筒形管道。

ASTMD 7136试验标准中指出如果用标准冲击头质量从300mm高度下落无法达到所需的小冲击能量水平，则应使用带(2.0 0.25)kg质量的冲击头来代替，说明此冲击方法能进行的最小冲击能量是5.25J(重力加速度近似为10.0m/s2)，不能完成小于5.25J能量的冲击损伤引入。另外，此冲击方法依靠重力势能来提供冲击能量，只能实现竖直向下的冲击，不能满足不同角度的冲击要求，譬如水平冲击或向上冲击。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种便携式小能量冲击试验装置及其使用方法。

本发明的技术方案是：一种便携式小能量冲击试验装置，包括拉杆1、冲击导轨2、冲击子弹3、橡皮筋5和冲击测试头7；其中，所述拉杆1与冲击子弹3相连接；所述冲击测试头7安装于冲击导轨2的底部；所述冲击子弹3位于冲击导轨2内部；所述冲击子弹3的两侧带有子弹上挂钩4；所述冲击导轨2两侧对称开有纵向的导轨槽；所述子弹上挂钩4与导轨槽配合；所述冲击导轨2的两侧靠近冲击测试头7的位置对称设有导轨上挂钩6，导轨上挂钩6与子弹上挂钩4相对应；同一侧导轨上挂钩6和子弹上挂钩4上套有橡皮筋5；所述测试冲击头7上安装有激光测试仪。

进一步的，所述冲击导轨的外壁上带有刻度。

一种便携式小能量冲击试验装置的使用方法，其步骤如下：将冲击测试头7贴近被冲击物的表面，保持冲击导轨2垂直于被冲击表面；根据冲击能量的需求选择橡皮筋的数量，并将橡皮筋安装在子弹上挂钩和导轨上挂钩上；然后，向后拉动拉杆1带动冲击子弹3向后移动；最后，释放拉杆1，并通过冲击测试头7上的激光测速仪测量冲击子弹到达被冲击表面的速度，根据冲击子弹的速度和重量计算作用于被冲击表面最终的冲击能量。

本发明的有益效果是：本发明为复合材料和金属材料的薄壁板结构的损伤试验提供一种便携式小能量冲击试验装置及其使用方法，可以实现(0.5～5)J能量的冲击。具体来说，具有以下效果：

a)此小能量冲击的试验装置和方法能够实现(0.5～5)J能量的冲击，弥补了ASTMD 7136冲击损伤引入的方法不能提供小能量的不足；

b)此小能量冲击的试验装置和方法能够实现水平、向上等各种不同角度的冲击；

c)解决了冲击设备对小能量的控制问题，并且冲击能量精度高和重复好；

d)整套装置较为小巧便携，能够在较为复杂的结构上或内部空间受限制的地方使用。

附图说明

图1为现有技术中典型的落锤冲击试验装置示意图；

图2位本发明中便携式小能量冲击试验装置的结构示意图；

其中，1—拉杆、2—冲击导轨、3—冲击子弹、4—子弹上挂钩、5—橡皮筋、6—导轨上挂钩、7—冲击测速头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

参见图1，本发明一种便携式小能量冲击试验装置，为了仍然满足冲击头直径为16mm的要求，采用了内径稍大于16mm的管道作为冲击导轨，采用了16mm半球形冲击头和16mm圆柱体砝码一体的钢制冲击子弹。使用橡皮筋提供冲击能量，在管道外壁上设计了尺寸刻度和橡皮筋挂钩，在冲击子弹上也设计了挂钩，将橡皮筋挂在管道的挂钩和冲击子弹的挂钩之上，根据橡皮筋的数量和拉伸长度来确定提供的冲击能量，准确的能量测量采用导轨出口的激光测速仪，根据冲击子弹的速度和重量计算的动能为最终的冲击能量。并且，该冲击方法采用橡皮筋作为冲击能量的来源，不像传统的落锤冲击靠重力势能来提供能量，解决了多角度冲击的问题。

使用本发明便携式小能量冲击试验装置时，需要按照图2将拉杆、冲击导轨、冲击子弹、橡皮筋、冲击测速头等组件组装完成，如需准确的测量冲击能量，需要在冲击头上安装激光测速仪。

在使用本装置时，将冲击头贴近被冲击物的表面，保持冲击导轨垂直于被冲击表面，这样能保证冲击子弹的垂直入射，能量能够作用于被冲击表面的法线方向上。根据冲击能量的需求选择橡皮筋的数量，并将橡皮筋安装在子弹和导轨的挂钩上。然后，拉动拉杆至冲击子弹的尾端与导轨上某一刻度对齐。最后，释放拉杆，并通过激光测速仪测量冲击子弹到达被冲击表面的速度，根据冲击子弹的速度和重量计算作用于被冲击表面最终的冲击能量。