CAI測試：衝擊後壓縮

ASTM D7136, ASTM D7137, ISO 18352, AITM 1.0010, BSS 7260

衝擊後壓縮測試是一種測試方式，用於測定積層板材料在受衝擊損壞後所殘留的壓縮強度。 CAI 測試用於斷定多層複材的破壞耐受度。

ASTM D7136 和 ASTM D7137 標準說明了使用落錘衝擊試驗機的預破壞處理，或測量複材抗破壞能力的壓縮測試。在下列標準中亦包含 CAI 測試說明：ISO 18352、Airbus AITM 1.0010 和 Boeing BSS 7260 type II。

CAI 測試目標標準預破壞測試板 CAI 壓縮測試下載

衝擊後壓縮的測試目的

衝擊後壓縮（CAI）測試用於測定積層板材質遭衝擊破壞後所殘留的壓縮強度。試樣以多向積層板製成，並會先以相關測試標準所指定之衝擊力道進行預破壞。

使用衝擊測試搭配後續靜態壓縮測試所測定之殘餘壓縮強度，便可評估纖維複材積層板對可能的衝擊破壞之耐受度。針對航空產業所使用之複合材料結構，也可能因維護期間工具掉落、起飛與降落期間岩石滑落或與地勤車輛碰撞等意外，導致衝擊損壞。

由於受衝擊面的損壞通常難以偵測，因此又稱「難以目視的衝擊損壞」，而積層板內側和另一面可能會產生一些重大基質斷裂與分層的嚴重損壞。

在此，CAI 測試 可分為三個階段：

施予衝擊破壞是指使用合適的落錘衝擊試驗機和所用標準指定的衝擊能量進行破壞。
衝擊損壞評估與記錄則是透過非破壞性測試方法，如：透過超音波（C掃描），測量衝擊位置的變形，並且評估積層板內側損壞情況。
注意：透過 C 掃描執行之非破壞性測試（NDT）不在 ZwickRoell 產品系列組合中。如有此類需求，建議洽詢第三方供應商。
測定殘餘靜態壓縮強度是透過使用合適之靜態材料試驗機和 CAI 測試治具執行。

執行 CAI 測試時會套用哪些標準？

衝擊後壓縮測試的常用標準包括

ASTM D7136：測量纖維強化聚合物基質複材在經落錘衝擊後的損壞耐受度
ASTM D7137：受損聚合物基質複材板之殘餘壓縮強度屬性
ISO 18352: 以指定衝擊力道測定衝擊後壓縮屬性
AITM 1.0010: 用於測定衝擊後壓縮強度之 Airbus 測試方法
Boeing BSS 7260, Type II：複材積層板的衝擊後壓縮強度測試

ASTM D7136 標準說明衝擊測試以及測試後衝擊損壞之評估與記錄。 ASTM D7137 說明用於測定受破壞積層板殘餘壓縮強度的靜態壓縮測試。

上述其他標準則說明測試執行的三個階段，但在採取非破壞性測試測定內側損壞的程序說明方面不夠詳盡。

執行 CAI 測試：預破壞試片

若使用 HIT230F 或 HIT600F 儀器化落錘衝擊試驗機，則試片會使用夾持治具，以其中一項標準的指定衝擊力進行預破壞。視使用的標準而定，夾持裝置的規格與夾持位置可能略有不同。

如要進行更簡單的測試，則試片會夾持於落錘衝擊試驗機外側，然後再移入測試位置。進行衝擊測試時，務必使用搭載防回彈系統的落錘衝擊試驗機，以免因落錘反覆衝擊試片而抹除初始衝擊損壞的痕跡。使用儀器化落錘衝擊試驗機也使得衝擊力道曲線、衝擊速度和試片吸收衝擊力的測定更加簡單。

適用於預破壞測試板的相關試驗機

HIT230F 儀器化落錘衝擊試驗機是專為符合預破壞 CAI 試片的要求設計，搭載可搭載可調式落錘高度，最高可達 1 公尺，並整合衝擊點的速度測量、防回彈裝置、衝擊測試的相應衝擊錘（直徑 16 mm）以及可輕鬆更換的砝碼，以便設定不同的衝擊力。

HIT600F 儀器化落錘衝擊試驗機也適用於在 CAI 測試中施以預破壞衝擊力，並可透過設定更高落錘距離和裝設選擇性加速裝置，達更高速度與衝擊力，因此也適用於塑料試片的多軸穿刺測試。

執行 CAI 測試：靜態壓縮測試

使用落錘衝擊試驗機對衝擊測試的試片完成預破壞之後，便會測量衝擊位置的變形來評估衝擊損壞程度，接著採取非破壞性測試測定積層板內側的損壞程度，進而進行用於測定 CAI 殘餘壓縮強度的靜態壓縮測試。

進行此測試時，預破壞的試片會安裝在專用的 CAI 壓縮測試治具中。由於在 CAI 測試標準中，關於試片夾持的整體要求並未統一，因此會使用兩種不同的壓縮測試治具。

若為 ASTM D7137 和 Boeing BSS 7260 Type II，試片的四個面皆有導向卡槽，而不夾持試片。
若為 ISO 18352 和 Airbus AITM 1.0010，試片上下兩端都需要夾持並透過線性接觸為兩側提供導引。

適用 ASTM D7137 和 Boeing BSS 7260 的 CAI 壓縮測試套件 — ASTM D7137 與 Boeing BSS 7260 的 CAI 測試治具

適用 ISO 18352 與 Airbus AITM 1.0010 的 CAI 壓縮測試套件 — 適用 ISO 18352 與 Airbus AITM 1.0010 的 CAI 測試治具

CAI 壓縮測試治具（衝擊後壓縮）

CAI 治具位在靜態材料試驗機的兩個壓縮壓頭之間。在 CAI 測試期間，試片會承受壓縮負載，直到失效為止。若試片在集中施以破壞衝擊力的區域失效，則該衝擊後壓縮測試為有效。不允許在上／下夾具處或附近失效。

效益：

透過簡單的 CAI 治具操作輕鬆更換試片
提供廣泛的操作溫度範圍：-70 °C 至 +300 °C
使用非傳統積層板結構時，透過支撐槓加強側邊硬度可防止治具側邊彎曲
與試片表面上下接觸的碳化物嵌片可互換，大幅降低重負載施力表面的磨損。

根據 ASTM D7137 的衝擊後壓縮測試 (CAI)

在衝擊後壓縮（CAI）測試期間，預破壞的複材試片是以高達 600 kN 的特殊壓縮測試治具進行試驗。衝擊後壓縮測試是使用 Z600E 材料試驗機在 -60 °C 至 +350 °C 的溫度範圍內執行。

適用於 CAI 壓縮測試的相關試驗機

在衝擊後壓縮測試中，使用 100 mm x 150 mm x 5 mm（寬 x 長 x 厚）的相對大型試片可輕鬆產生 100 kN 以上的衝擊力。這也取決於受測試的複合材料類型（如：CFRP 或 GFRP）、使用的強化纖維類型（如：UD、網狀基布或織品），或使用比上述測試標準定義之額定積層板構造和積層板厚度以外的積層板構造與積層板厚度。

因此，應使用額定負載為 150 kN 至 250 kN 的靜態材料試驗機進行 CAI 測試。若為使用超厚積層板的 CAI 測試，則亦可使用經強化的 CAI 治具和搭載最高至 600 kN 的更高額定負載靜態材料試驗機。

為確認測試安排之準確對位以及 CAI 壓縮治具之方向準確性，視使用的 CAI 測試標準（每個試片共計 4 個）而定，設定測試安排時或到指定間隔測試時，每一次測試均必須使用以應變計對兩側施力的做法來試驗試片。應變計訊號可整合至搭載預建應變計箱的試驗機，或使用合適的通用測量放大器。