专题聚焦 | 仪器化和非仪器化摆锤冲击试验的对比

非仪器化冲击即普通的摆锤冲击试验仪，摆锤的锤头上不配备力传感器等数字化设备，通过比较摆锤在撞击试样前和后的势能损失来得到试样的吸收能。

非仪器化摆锤冲击测试原理

根据冲击方式和试样类型，摆锤冲击试验可分为简支梁冲击、悬臂梁冲击、拉伸冲击和管材冲击。

• 简支梁冲击

简支梁冲击即三点弯曲冲击，由摆锤、试样支座和试样构成三点弯曲冲击，以恒定速度单次冲击支撑成水平梁的试样，冲击线位于两支座间的中点。

简支梁冲击过程

• 悬臂梁冲击

悬臂梁冲击即两点弯曲冲击，由摆锤、试样支座和试样构成两点弯曲冲击，一次冲击支撑成垂直悬臂梁的试样，试样支座为固定夹具和活动夹具组成的虎钳。

悬臂梁冲击过程

• 拉伸冲击

拉伸冲击即对拉伸试验试样进行冲击测试，试样在拉伸方向受到摆锤冲击的测试。

• 管材冲击

管材冲击即对管材直径小于25mm的试样进行三点弯曲冲击测试。

管材冲击过程

非仪器化冲击的测试结果相对单一，主要是吸收功和冲击强度，而对试样在受到冲击过程中的破坏类型及行为没法体现。

影响非仪器化摆锤冲击试验结果的因素主要有试样材料、试样几何尺寸、缺口类型、实验方法、实验温度和冲击速度等。

不同条件下的测试结果

关于应用范围，非仪器化冲击适用于一般材料性能验证及质量管控。

仪器化的摆锤冲击试验机的机械结构和非仪器化的冲击试验机相似，与适当的电子仪器配合后，力传感器能够将冲击过程中试样作用于锤头上的力信号由独立的数据采集系统连续地记录下来，从而实现冲击过程的实时监测，即普通摆锤冲击的仪器化。

摆锤锤头上的应变传感器在冲击过程中会产生冲击力信号，速度由摆锤自动提供或由光电测速装置提供，时间信号由时间基准发生器提供。

仪器化摆锤冲击测试原理

仪器化冲击试验机测定的原始冲击力信号是力F(t)和时间t，摆锤初始速度v₀已知，位移u（t）和能量δE（t）等可按有关公式算出。其中m为摆锤质量。

仪器化冲击试验相关公式

INSTRON的力信号传输方式是通过滑环热点，即摆锤与主机的信号传递是通过滑环上的热触点传导的，不需要通过电缆传输，因此确保低摩擦、高重复性和避免线缆磨损，同时可快速轻松地连接或更换摆锤。

仪器化冲击试验不但可以对材料的冲击破坏方式作出定性的评价，还可以给出一系列重要的参数。可以对材料的抗冲击性能进行综合评价。最大冲击力F_M表示试样所能承受的最大冲击力，还可以得到与之对应的时间、形变和能量，这些参数都从某一特定角度表征了材料的抗冲击性能。

典型破坏曲线示意图

材料的破坏类型一般可以分为脆性破坏和韧性破坏，根据破坏特点，冲击破坏可以细化为：脆性破坏，脆性/韧性破坏，韧性/脆性破坏，韧性破坏。

• 脆性破坏

在冲击开始阶段，试样对冲击力的响应都是发生弹性形变，F（t）曲线对应着一个上升的直线段，并且在弹性形变极限形成裂纹并迅速增长，导致灾难性的断裂，力F急剧下降至零，这就是脆性破坏的典型特征。

• 韧性/脆性破坏

此时，试样发生完整的屈服和冷拉，在最大冲击力F_M之后形成裂纹并迅速增长，最终导致断裂。

• 韧性破坏

此时，试样发生完整的屈服和冷拉，在最大冲击力F_M之后形成多次的屈服和冷拉，在裂纹生产前断裂。

四种破坏类型曲线示意图

仪器化摆锤冲击试验结果的因素主要受到动态效应的影响，大多数在力-时间曲线（惯性峰值和振动）上是可见的，而且试样的总能量吸收的计算是由整个曲线的数学积分得出，因此受到影响。

仪器化冲击可以用于获取材料关于弹性、动态韧性、断裂和屈服载荷等信息及整个冲击过程中试样的行为，能够揭示材料在冲击破坏机理上的差异，主要用于新材料开发与研究，也常用于对于材料需要严格管控的质检部门。

INSTRON 9050摆锤冲击试验机可用于0.5 - 50 J (.378 - 36.9 ft-lb)的能量范围内，按照简支梁冲击、悬臂梁冲击、Dynstat和拉伸冲击方法测定热塑性材料在标准冲击条件下进行仪器化和非仪器化的冲击测试。

INSTRON 9050摆锤冲击试验机

通过对摆锤系统进行各种不同的装配，可以对材料的冲击性能进行更全面的评价和研究。

需要了解更多关于仪器化和非仪器化摆锤冲击试验，请拨打400-820-2006，或浏览英斯特朗官方网站：www.instron.com。