悬臂梁冲击试验是一种用于评估材料抗冲击性能的测试方法，主要用于塑料、复合材料等工程材料。
一、核心原理与目的
悬臂梁冲击测试（Izod Impact Test）是一种评估材料在瞬时冲击载荷下抗断裂能力的关键方法。其原理是将带缺口的试样垂直固定，通过摆锤自由落体冲击试样自由端，测量材料吸收的能量（冲击功），从而评估其局部冲击韧性。该测试特别适用于塑料、陶瓷、复合材料等脆性材料的韧性评价，模拟实际工况中的局部冲击场景（如电子产品跌落、工具撞击等）。
二、测试方法与设备
设备组成
摆锤系统：提供可调冲击能量（如300J/150J），预扬角150°，冲击速度5.2m/s。
夹具：固定试样并确保冲击点对准缺口。
测量系统：记录力-位移曲线，计算冲击强度。
试样要求
形状：矩形条状，带V型或U型缺口（模拟应力集中）。
尺寸：符合标准（如GB/T 1843规定10×10×55mm）。
制备：机加工缺口，表面无划痕，厚度均匀（推荐4mm）。
测试流程
校准：用标准试样调整摆锤参数。
安装：试样垂直固定，缺口对准冲击刃。
冲击：释放摆锤，记录能量损失ΔE。
分析：计算冲击强度（kJ/m2），观察破坏模式（完全/部分断裂）。
三、关键标准体系
| 标准编号 | 适用范围 | 核心要求 |
|---|---|---|
| ISO 180 | 塑料悬臂梁冲击 | 冲击强度计算：吸收能量/试样横截面积，需控制温湿度（23℃/50%RH）调节16h以上 |
| ASTM D256 | 塑料冲击韧性 | 规定缺口类型（A/B型），需报告破坏模式及统计结果 |
| GB/T 1843 | 中国塑料悬臂梁冲击 | 等效ISO 180，增加对宽电压设备（如230V/277V）的双等级测试要求 |
| DIN 53453 | 德国塑料悬臂梁冲击 | 强调试样尺寸精度与缺口加工质量 |
四、评判指标与破坏分析
冲击强度公式
无缺口试样：αiu=b?dΔE（单位：kJ/m2）
缺口试样：αiN=b?dΔE（d为剩余厚度）
力-位移曲线分析
裂纹形成功（Ai）：材料弹性/塑性变形及裂纹萌生阶段吸收的能量。
裂纹扩展功（Ap）：裂纹扩展至断裂阶段的能量，反映材料韧脆性。
破坏模式分类
完全断裂（C）：试样断裂为两段，常见于脆性材料。
部分断裂（P）：仅缺口附近断裂，其余部分保留。
无断裂（N）：仅弯曲变形，无裂纹扩展。
五、行业应用与优化方向
典型应用场景
电子产品：外壳、防护罩的抗跌落验证。
汽车/航空：结构件连接处的冲击安全性测试。
材料研发：韧性改性效果评估（如添加玻璃纤维）。
设计优化策略
材料改性：使用增强纤维或弹性体提升冲击吸收能力。
结构优化：增大缺口圆角半径，分散应力集中。
工艺控制：优化注塑温度与保压时间，减少内部缺陷。
六、测试案例与不合格现象
案例：某尼龙试样在23℃下冲击强度为5.2kJ/m2，破坏模式为部分断裂，符合GB/T 1843要求。
不合格表现：
冲击强度低于阈值：材料韧性不足。
脆性断裂（无塑性变形）：缺口设计或材料选择不当。