1、低速沖擊的試驗方法
為了模擬材料在真實情況下所遭受的撞擊行為，研究者們提出了大量的實驗方法。根據撞擊真實情況的不同，一般將撞擊分為高速沖擊和低速沖擊。
高速沖擊又稱彈道沖擊，由于高速沖擊在航天及軍事領域受到顯著的關注，人們對于高速沖擊進行了大量的實驗研究。高速沖擊通常采用小質量的拋射體在較高速度下撞擊材料，主要利用氣槍發射彈丸來研究復合材料高速沖擊行為，如圖1所示：
圖1 氣槍研究高速沖擊行為示意圖
低速沖擊試驗通常模擬大質量物體在較低速度下撞擊材料表面，如修理過程中的工具意外掉落，通常使用落錘測試裝置進行實驗模擬。
圖2 落錘測試裝置
研究結果表明拋射體的形狀、質量和速度會對復合材料的破壞機理產生明顯的影響。例如，科研人員對錘頭形狀與復合材料沖擊行為的關系進行了大量研究，總體來說使用的錘頭越尖銳，材料沖擊破壞范圍越局部化，主要失效模式則由分層轉變為基體破壞和纖維斷裂。
2、環境因素對低速沖擊性能的影響
復合材料結構件在長期使用過程中要經歷復雜的環境作用，如高溫、低溫、濕熱、 熱循環等。研究表明在這些環境的作用下，復合材料的力學性能會產生顯著的變化。科研人員發現熱循環通常使復合材料的彎曲和橫向拉伸強度降低，并在基體中產生大量的微裂紋。
目前國內外的研究者們主要使用環境預處理和環境模擬測試來研究環境作用的影響。所謂的環境預處理，就是將要測試的復合材料預先放入某種環境中進行處理，然后將處理后的材料在室溫狀態下進行低速沖擊測試。環境模擬測試就是將復合材料放入環境室內的同時進行沖擊，通過這種方法來研究在不同服役環境下的構件的沖擊性能。
圖3 環境室中的材料沖擊示意圖
3、材料性能對低速沖擊性能的影響
纖維被廣泛地作為增強體應用于復合材料的生產中，同時纖維作為載荷的主要承擔者，它的性能更是對復合材料整體的耐沖擊能力具有很大的影響。在航空航天工業中使用的纖維主要有碳纖維、玻璃纖維和凱夫拉纖維。由于碳纖維獨特的脆性，使碳纖維增強樹脂基復合材料的抗沖擊性能弱于玻璃纖維和凱夫拉纖維。
纖維增強樹脂基復合材料的基體在復合材料中起到極其重要的作用，無論是傳遞載荷還是保持纖維的取向或者是維持材料的整體性都離不開樹脂基體。研究結果表明，雖然熱固性樹脂的力學性能比熱塑性樹脂優異，但由于熱固性樹脂的交聯網狀分子結構使其韌性較差，從而在沖擊載荷作用下更容易發生失效。
界面在復合材料中起到將載荷傳遞到纖維的作用，因此界面的性能將影響到復合材料的整體性能，纖維與基體間界面結合較差的復合材料將表現出較低的強度和剛度，而粘接過于牢固則會使材料變脆。
4、低速沖擊性能的分析研究方法
復合材料在經過低速沖擊測試后，為了評價其低速沖擊性能，重建破壞過程，更好地理解低速沖擊下材料的失效機理，人們使用了圖像、計算機模擬、力學數據等多種分析方法。
常用的沖擊測試技術包括：目視測試、超聲波掃描、聲發射、X射線探傷等等。低速沖擊后復合材料表面用目視方法往往觀察不到發生損傷的現象但材料內部卻出現了明顯的分層損傷。
為了有效地降低低速沖擊的實驗成本，縮短實驗時間，在工業上獲得更加廣泛的應用，人們開始使用計算機模擬技術來預測材料的性能。研究者們使用有限元技術利用商業上較為成熟的軟件( Abaqus，Ansys,LS-Dyna)等有效地預測了低速沖擊下復合材料層板破壞的產生和發展規律。
圖4 低速沖擊下層合板不同時刻的損傷模擬結果
5、總結
雖然人們為了模擬材料實際服役過程中的低速沖擊現象采用了帶環境室的落錘模擬設備并對材料進行了預處理，但是在實際工作環境中復合材料構件常常處于非常復雜的載荷狀態下，這種復雜的載荷主要來自于服役狀態下構件承受的工作載荷、飛行過程中氣流的振動、起降過程中的震動、溫度變化產生的熱應力等。隨著測試技術的進步，在低速沖擊測試的同時使材料處于某種載荷狀的作用下(拉伸、壓縮、拉-拉或拉-壓動態載荷)將是未來發展的方向。
為了更好地觀察材料沖擊損傷失效的過程，特別是裂紋、分層的萌生與擴展，可以在沖擊測試的同時通過加裝高速攝像裝置、動態C掃描裝置和X射線攝像裝置對材料進行原位動態觀察。最后通過壓電傳感器等設備記錄沖擊過程中材料內部的應力狀態變化也是很有意義的。
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