抗沖擊強(qiáng)度測量實(shí)驗(yàn)
簡支梁抗沖擊強(qiáng)度與懸臂梁抗沖擊強(qiáng)度
簡支梁沖擊強(qiáng)度與懸臂梁沖擊強(qiáng)度表示的是材料單位面積內(nèi)吸收的能量,吸收的越多,就表示材料抗沖能力越好。如右圖,是兩種沖擊的示意圖。
在這兩種實(shí)驗(yàn)中,抗沖擊強(qiáng)度可用以下式子表示:,其中a表示簡支梁或梁或懸臂梁抗沖擊強(qiáng)度,單位:kJ/m2(千焦每平方米);A表示試樣吸收的沖擊量,單位J;b代表試樣寬度,單位mm;d代表試樣厚度,單位mm,如果是缺口沖擊,厚度減去缺口后剩余厚度。
從計(jì)算公式可以知道,試驗(yàn)時所選擇試樣的規(guī)格(厚度、寬度、有無缺口等)對試驗(yàn)結(jié)果會有影響;更進(jìn)一步探討的話,試驗(yàn)時的溫度、選擇的沖擊能量、沖擊速度、跨距等等都會影響試驗(yàn)結(jié)果;理論上來說,所用試樣的寬度、厚度越大,所吸收的沖擊能量A(單位:J)越大,但是相應(yīng)的b×d(沖擊面積)也大(沖擊面積與沖擊能量的關(guān)系比較復(fù)雜,影響因素較多,不是成線性正比的關(guān)系),這樣得出的沖擊強(qiáng)度在不同厚度之間雖然有偏差,但不會很大,而且不一定是厚度厚的試樣沖擊強(qiáng)度就高(沖擊強(qiáng)度只是反映材質(zhì)本身,判斷材料某一個厚度的抗沖能力,可以比較其所吸收的沖擊能量A的大?。?。
同時,對于剛性材料來說,在某一程度的厚度及支撐跨距下,存在結(jié)構(gòu)彈性,對沖擊試驗(yàn)結(jié)果影響比較大,因此國標(biāo)也作出規(guī)定:厚度小于3mm的試樣一般不做簡支梁或懸臂梁沖擊試驗(yàn),厚度上限一般不超過10mm;試驗(yàn)推薦采用4mm的厚度。對試驗(yàn)的沖擊速度、跨距、厚度等也沒有很明確的規(guī)定,只是提供方案推薦。
綜上,比較材料(簡支梁和懸臂梁)的抗沖性能,只有在相同時間段、相同試樣厚度,選擇相同的試驗(yàn)條件(跨距、沖擊速度、同樣的缺口類型等)下,才能進(jìn)行。而且由于材料抵抗沖擊能量的影響因素很復(fù)雜,簡支梁或懸臂梁反映的抗沖能力只是一個片面,所以簡支梁或懸臂梁多作為輔助參考,判斷材料抗沖性能一般需要結(jié)合多種檢測項(xiàng)目(斷裂伸長率、彈性模量、沖擊強(qiáng)度等等)綜合判定。如:某些芯層發(fā)泡的材料,做簡支梁或懸臂梁沖擊,數(shù)據(jù)極低,但做落球沖擊時數(shù)據(jù)并不比相類的材料的差。
落球或落錘式抗沖擊試驗(yàn)
落球沖擊和落錘沖擊反映的是產(chǎn)品本身的抗沖性能(一個產(chǎn)品的抗沖能力由材質(zhì)、厚度、形狀結(jié)構(gòu)等多種因素決定)。將樣品放在一定形狀的一定尺寸的支撐跨距上,用一特定形狀和重量的球(或錘),從一定的高度自由落下對樣品進(jìn)行沖擊,通過改變球(或錘)的重量或落下高度,和一定數(shù)量的樣品,多次試驗(yàn),從而定性判斷或定量得出樣品被破壞所需的能量。
國標(biāo)規(guī)定一般推薦樣品支撐跨度選擇直徑75mm的圓形跨距;一些行標(biāo)、地標(biāo)等也有根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際使用情況選擇一些其他要求的跨距,如50×500mm的方形支撐跨距等。一般來說跨距也小,相同球重和高度下受到的沖擊力越大,樣品也越容易被破壞。落球(錘)沖擊強(qiáng)度一般采用在某一試驗(yàn)條件下,材料是否被破壞,或破壞的數(shù)量來定性判斷;也可以采用樣品被破壞時的落球(錘)的重力勢能來定量判斷。試驗(yàn)及計(jì)算方法可參照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
落球和落錘的區(qū)別在于球和錘的形狀,球截面是圓形的,錘截面是圓頭方形的。落球(錘)沖擊強(qiáng)度同樣受到所選擇的支撐跨距、樣品厚度、樣品形狀的影響。在相同的跨距、相同的材質(zhì)下,通常厚度厚的樣品落球(錘)沖擊強(qiáng)度高;相同的跨距、相同的材質(zhì)、相同厚度下,通常落球(錘)沖擊點(diǎn)是平面結(jié)構(gòu)的樣品比異型結(jié)構(gòu)的樣品較易被破壞(與受力時力的分解有關(guān),由于力的分解,異形樣品受力截面上所受的力小了)。
缺口試樣和無缺口試樣的沖擊實(shí)驗(yàn)的不同
形狀相同的同種材料,樣條無缺口試樣的沖擊強(qiáng)度比缺口試樣大。采用帶缺口試樣的目的是使缺口處試樣的截面積大為減小,受沖擊時,試樣斷裂一定發(fā)生在這一薄弱處,所有的沖擊能量都能在這局部的地方被吸收,稱為應(yīng)力集中,從而提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。