一、引言

相較于傳統(tǒng)金屬材料，復(fù)合材料不僅質(zhì)量更輕，而且具有良好的可修復(fù)性，能夠在服役過(guò)程中進(jìn)行局部強(qiáng)化和維修，從而延長(zhǎng)使用壽命。通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，復(fù)合材料能夠有效降低整體重量，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，并顯著改善設(shè)備的安全性和舒適性。

近年來(lái)，民用飛機(jī)制造業(yè)對(duì)復(fù)合材料的需求快速增長(zhǎng)。中國(guó)商飛的ARJ21和C919機(jī)型已經(jīng)在艙內(nèi)天花板、頂板、側(cè)板等部件上采用了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，而未來(lái)的C929機(jī)型預(yù)計(jì)也會(huì)加大復(fù)合材料的應(yīng)用比例。根據(jù)波音公司2019年發(fā)布的《中國(guó)民用航空市場(chǎng)展望》，未來(lái)二十年內(nèi)，中國(guó)市場(chǎng)將新增超過(guò)八千架民用飛機(jī)，總價(jià)值達(dá)1.3萬(wàn)億美元，占全球市場(chǎng)份額的比重預(yù)計(jì)將從15%增長(zhǎng)到18%。在全球航空工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的背景下，衡量一架飛機(jī)是否具有先進(jìn)性的標(biāo)準(zhǔn)之一，便是其復(fù)合材料的使用比例。例如，A380的復(fù)合材料占比約為25%，而B787與A350的復(fù)合材料占比則分別達(dá)到了50%和52%。

伴隨著飛機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的測(cè)試與質(zhì)量控制方法也在不斷演進(jìn)和優(yōu)化。在材料的研發(fā)和制造過(guò)程中，可靠的沖擊失效測(cè)試方法對(duì)于確保產(chǎn)品的安全性至關(guān)重要。然而，國(guó)內(nèi)在復(fù)合材料沖擊失效測(cè)試方面長(zhǎng)期缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致測(cè)試方法不規(guī)范，影響了材料的實(shí)際應(yīng)用。為了解決這一問(wèn)題，并為國(guó)內(nèi)航空航天和軌道交通等行業(yè)提供可靠的測(cè)試依據(jù)，GB/T 45011—2024《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料沖擊失效試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布。這一標(biāo)準(zhǔn)不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的技術(shù)空白，也有助于推動(dòng)行業(yè)整體技術(shù)水平的提升。

盡管纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在諸多性能指標(biāo)上優(yōu)于金屬材料，但其在受沖擊載荷時(shí)的失效機(jī)理較為復(fù)雜。由于復(fù)合材料通常由樹脂基體和高性能纖維組成，不同工藝制造的材料體系在沖擊作用下的行為存在明顯差異，因此建立統(tǒng)一的測(cè)試方法對(duì)于確保材料的可靠性至關(guān)重要。

復(fù)合材料的沖擊失效模式主要表現(xiàn)為層間分層、基體裂紋以及纖維斷裂。當(dāng)受到低速?zèng)_擊時(shí)，材料內(nèi)部容易產(chǎn)生分層損傷，進(jìn)而影響整體力學(xué)性能。而當(dāng)沖擊能量較高時(shí)，基體可能出現(xiàn)微裂紋，甚至導(dǎo)致纖維斷裂，從而使材料的承載能力大幅下降。此外，復(fù)合材料在受到不同角度和不同能量等級(jí)的沖擊作用時(shí)，其失效模式也存在較大差異。因此，如何通過(guò)科學(xué)的試驗(yàn)方法準(zhǔn)確測(cè)定材料的沖擊強(qiáng)度，成為行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

在國(guó)際范圍內(nèi)，已有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)用于評(píng)估復(fù)合材料的沖擊性能。例如，ASTM D7136標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了落錘沖擊試驗(yàn)方法，而ISO 6603-2標(biāo)準(zhǔn)則采用擺錘沖擊測(cè)試。然而，這些測(cè)試方法在具體操作、試樣制備以及失效判定等方面存在差異，難以形成統(tǒng)一的行業(yè)基準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)此前長(zhǎng)期缺乏相應(yīng)的沖擊失效測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的可比性較差，不利于材料的工程應(yīng)用。因此，制定科學(xué)合理的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，不僅可以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)技術(shù)空白，也能夠促進(jìn)我國(guó)復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。

三、《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料沖擊失效試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容

新發(fā)布的《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料沖擊失效試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，從試驗(yàn)原理、試樣制備、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)步驟到試驗(yàn)結(jié)果處理和報(bào)告編寫，均做出了詳細(xì)規(guī)定，為行業(yè)提供了統(tǒng)一的測(cè)試規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)適用于采用模壓、熱壓罐和真空袋壓等工藝制備的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，可廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通和輪船制造等領(lǐng)域。

在試驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，該標(biāo)準(zhǔn)明確了試樣的規(guī)格與測(cè)試設(shè)備的基本要求，并針對(duì)不同的沖擊能級(jí)設(shè)定了相應(yīng)的測(cè)試參數(shù)，以確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了試驗(yàn)后試樣的失效判定標(biāo)準(zhǔn)，包括層間分層、裂紋擴(kuò)展、纖維斷裂等常見(jiàn)失效模式，以便工程師能夠更直觀地評(píng)估材料的抗沖擊性能。

值得一提的是，該標(biāo)準(zhǔn)已在中國(guó)商飛的ARJ21、C919和C929等國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)項(xiàng)目中得到應(yīng)用，特別是在貨艙襯板測(cè)試方面取得了良好的實(shí)踐效果。通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)的推廣與應(yīng)用，我國(guó)大飛機(jī)制造業(yè)在材料測(cè)試環(huán)節(jié)的自主可控能力得到進(jìn)一步提升，有助于實(shí)現(xiàn)民機(jī)材料國(guó)產(chǎn)化，并解決航空工業(yè)領(lǐng)域長(zhǎng)期面臨的“卡脖子”問(wèn)題。

四、標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)影響與推廣應(yīng)用

《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料沖擊失效試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施，不僅為航空航天領(lǐng)域提供了可靠的測(cè)試依據(jù)，同時(shí)也為軌道交通、輪船制造等行業(yè)的材料檢測(cè)提供了重要參考。對(duì)于國(guó)內(nèi)航空復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)而言，該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布具有多重積極影響。

首先，該標(biāo)準(zhǔn)的建立有助于提升國(guó)內(nèi)航空復(fù)合材料的檢測(cè)體系，使測(cè)試數(shù)據(jù)更加規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，從而提高國(guó)產(chǎn)材料的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。其次，該標(biāo)準(zhǔn)能夠促進(jìn)行業(yè)整體技術(shù)水平的提升，為未來(lái)更復(fù)雜、更嚴(yán)苛的航空材料測(cè)試奠定基礎(chǔ)。此外，通過(guò)推廣這一標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)一步推動(dòng)復(fù)合材料在軌道交通和船舶制造領(lǐng)域的應(yīng)用，拓展產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作，助力國(guó)內(nèi)高端裝備制造業(yè)的整體升級(jí)。

未來(lái)，隨著國(guó)產(chǎn)飛機(jī)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的需求將持續(xù)增長(zhǎng)。標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法的應(yīng)用，不僅可以提高材料的安全性，還能夠降低研發(fā)成本，加快新材料的市場(chǎng)推廣速度。可以預(yù)見(jiàn)，該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將在多個(gè)行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，為我國(guó)高性能復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新提供重要支撐。

五、結(jié)語(yǔ)

《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料沖擊失效試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)復(fù)合材料沖擊測(cè)試領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)空白，標(biāo)志著我國(guó)在高性能復(fù)合材料測(cè)試技術(shù)方面邁出了關(guān)鍵一步。通過(guò)科學(xué)合理的測(cè)試方法，該標(biāo)準(zhǔn)不僅提升了材料的質(zhì)量控制水平，也為未來(lái)大規(guī)模推廣復(fù)合材料在航空航天、軌道交通等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

隨著我國(guó)制造業(yè)向高端化、智能化方向發(fā)展，該標(biāo)準(zhǔn)的推廣將進(jìn)一步推動(dòng)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，提升復(fù)合材料產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)，在這一標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，我國(guó)的復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)有望實(shí)現(xiàn)更快的發(fā)展，為國(guó)家重大工程項(xiàng)目提供更強(qiáng)有力的支撐。