懸臂梁沖擊試驗是一種用于評估材料抗沖擊性能的測試方法，主要用于塑料、復合材料等工程材料。
一、核心原理與目的
懸臂梁沖擊測試（Izod Impact Test）是一種評估材料在瞬時沖擊載荷下抗斷裂能力的關鍵方法。其原理是將帶缺口的試樣垂直固定，通過擺錘自由落體沖擊試樣自由端，測量材料吸收的能量（沖擊功），從而評估其局部沖擊韌性。該測試特別適用于塑料、陶瓷、復合材料等脆性材料的韌性評價，模擬實際工況中的局部沖擊場景（如電子產品跌落、工具撞擊等）。
二、測試方法與設備
設備組成
擺錘系統(tǒng)：提供可調沖擊能量（如300J/150J），預揚角150°，沖擊速度5.2m/s。
夾具：固定試樣并確保沖擊點對準缺口。
測量系統(tǒng)：記錄力-位移曲線，計算沖擊強度。
試樣要求
形狀：矩形條狀，帶V型或U型缺口（模擬應力集中）。
尺寸：符合標準（如GB/T 1843規(guī)定10×10×55mm）。
制備：機加工缺口，表面無劃痕，厚度均勻（推薦4mm）。
測試流程
校準：用標準試樣調整擺錘參數(shù)。
安裝：試樣垂直固定，缺口對準沖擊刃。
沖擊：釋放擺錘，記錄能量損失ΔE。
分析：計算沖擊強度（kJ/m2），觀察破壞模式（完全/部分斷裂）。
三、關鍵標準體系
| 標準編號 | 適用范圍 | 核心要求 |
|---|---|---|
| ISO 180 | 塑料懸臂梁沖擊 | 沖擊強度計算：吸收能量/試樣橫截面積，需控制溫濕度（23℃/50%RH）調節(jié)16h以上 |
| ASTM D256 | 塑料沖擊韌性 | 規(guī)定缺口類型（A/B型），需報告破壞模式及統(tǒng)計結果 |
| GB/T 1843 | 中國塑料懸臂梁沖擊 | 等效ISO 180，增加對寬電壓設備（如230V/277V）的雙等級測試要求 |
| DIN 53453 | 德國塑料懸臂梁沖擊 | 強調試樣尺寸精度與缺口加工質量 |
四、評判指標與破壞分析
沖擊強度公式
無缺口試樣：αiu=b?dΔE（單位：kJ/m2）
缺口試樣：αiN=b?dΔE（d為剩余厚度）
力-位移曲線分析
裂紋形成功（Ai）：材料彈性/塑性變形及裂紋萌生階段吸收的能量。
裂紋擴展功（Ap）：裂紋擴展至斷裂階段的能量，反映材料韌脆性。
破壞模式分類
完全斷裂（C）：試樣斷裂為兩段，常見于脆性材料。
部分斷裂（P）：僅缺口附近斷裂，其余部分保留。
無斷裂（N）：僅彎曲變形，無裂紋擴展。
五、行業(yè)應用與優(yōu)化方向
典型應用場景
電子產品：外殼、防護罩的抗跌落驗證。
汽車/航空：結構件連接處的沖擊安全性測試。
材料研發(fā)：韌性改性效果評估（如添加玻璃纖維）。
設計優(yōu)化策略
材料改性：使用增強纖維或彈性體提升沖擊吸收能力。
結構優(yōu)化：增大缺口圓角半徑，分散應力集中。
工藝控制：優(yōu)化注塑溫度與保壓時間，減少內部缺陷。
六、測試案例與不合格現(xiàn)象
案例：某尼龍試樣在23℃下沖擊強度為5.2kJ/m2，破壞模式為部分斷裂，符合GB/T 1843要求。
不合格表現(xiàn)：
沖擊強度低于閾值：材料韌性不足。
脆性斷裂（無塑性變形）：缺口設計或材料選擇不當。