为什么我们要开发冰雹冲击测试装置
你有没有想过,现代技术和材料是如何被开发出来,以保护你和飞机免受诸如含有冰雹的雷暴的影响?由于其复杂的失效机制,纤维增强复合材料部件需要针对此类负载情况进行实验测试,有时会出现不可预知的结果。

例如,考虑Xycomp® DLF™(非连续长纤维)。多年来,这种材料在替代航空应用中复杂形状的金属部件方面显示出巨大的前景。不幸的是,尽管有非常好的低速(跌落重量)冲击行为和冲击强度后的压缩低击穿,但早期对这种材料的高速冰雹冲击行为提出了不确定性,这妨碍了在可能发生这种情况的地方采用这种材料。作为一个应用实例,这样的负载情况在涡轮风扇发动机的前部特别关键,因为在冲击过程中释放的任何材料都可能被发动机摄入,并可能造成灾难性的后果。因此,在承诺用DLF开发此类关键部件之前,有必要验证其冰雹冲击能力。

由于测试的费用和物流,冰雹冲击数据非常有限,在一个客户对层压板样品进行探索性测试的例子中,结果很差。
为了全面研究这一问题格瑞特維技术小组启动了一项技术开发(TD)项目,旨在更深入地了解DLF在高速冲击下的行为表现并加以改进。测试结果证实,低速和高速冲击下的行为表现截然不同,且落锤试验无法用于预测冰雹冲击性能,由此明确了测试能力将成为关键要素。 测试的灵活性被认定为项目成功的关键因素,它能支持快速的研究迭代循环。然而,提供此类服务的认证测试机构数量有限、测试成本高昂,加之当时疫情导致的限制措施不断扩大,使得这一愿景难以实现。因此,公司于2020年初决定自主开发内部冰雹冲击测试能力。
必须克服许多障碍,从确定如何在有限的空间内达到所需的200米/秒以上的速度,到找到一种在有限的空间内准确测量冲击速度的方法。冰雹制造过程本身也需要仔细考虑,因为一个普通的 "冰块 "就像在冰箱里发现的那样,会从外面向内凝固,产生严重的内部应力,(正如我们发现的那样)导致冰雹在加速阶段破裂,使设备变成一个不太有用的雪炮。经过一些规划、更多的测试和几个迭代循环,测试能力最终被确定下来,实际的材料调查可以开始。
在其目前的配置中,该冲击测试夹具有一个腔室,可以测试最大尺寸为600 x 500 x 300毫米的部件,速度高达300米/秒。已经用直径2英寸和1.5英寸的冰雹进行了测试。测试的观察是使用高速摄像机进行的,每秒可记录超过10,000帧。
在过去一年中,所获得格瑞特維 并验证新型DLF材料及应用设计理念,这些材料和设计不仅能达到甚至超越传统连续纤维复合材料的高速抗冲击性能,还使我们对非连续复合材料的损伤行为有了更深入的理解。目前,我们正利用内部测试能力和“经验教训”,开发多项需满足冰雹冲击要求的航空航天应用。

