CAI試験：衝撃後圧縮
衝撃後圧縮試験は、衝撃によって損傷が引き起こされた後のラミネート材料の残留圧縮強度を決定するために使用される試験方法です。CAI試験は、多層複合材の損傷許容性について結論を導き出すために使用されます。
ASTM D7136およびASTM D7137規格は、落錘試験機を使用した事前損傷付与プロセス、または複合材の損傷耐性測定のための圧縮試験について規定していますCAI試験は、ISO 18352、エアバスAITM1-0010、ボーイングBSS 7260 Type IIを含む規格でも規定されています。
衝撃後圧縮試験の目的
衝撃後圧縮試験は、衝撃によって損傷が引き起こされた後のラミネート材料の残留圧縮強度を決定するために使用される試験方法です。多方向ラミネートの試験片は、まず当該試験規格で規定された衝撃エネルギーで事前損傷が付与されます。
衝撃試験と、続く静的圧縮試験から得られる残留圧縮強度の決定を使用して、繊維複合材ラミネートが受け得る衝撃損傷に対する損傷耐性を評価することができます。航空分野で使用される複合材構造の場合、衝撃損傷は、例えば、メンテナンス中の工具落下、離着陸時の飛び石、または地上支援車両との衝突によって引き起こされる可能性があります。
衝撃が加えられた側の損傷は検出が困難な場合が多いため、”かろうじて目視可能な衝撃 損傷”（BVID）と呼ばれることが多い一方で、ラミネートの内部および反対側では、著しいマトリックス亀裂や層間剥離を伴う大規模な損傷が発生する可能性があります。
CAI試験は、ここでは 3つのフェーズに分けることができます。
CAI試験実施時の規格は？
衝撃後圧縮試験で一般的に使用される規格には次のものがあります。
- ASTM D7136：落錘衝撃事象に対する繊維強化ポリマーマトリックス複合材料の耐損傷性の測定
- ASTM D7137：損傷したポリマーマトリックス複合プレートの圧縮残留強度特性
- ISO 18352：指定された衝撃エネルギーレベルでの衝撃後の圧縮特性の決定
- AITM1-0010: 衝撃後の圧縮強度を決定するためのエアバス試験方法
- Boeing BSS 7260, Type II：複合積層板の衝撃後圧縮強度試験
ASTM D7136 規格では、衝撃試験と、試験後の衝撃損傷の評価および文書化について説明しています。ASTM D7137 には、損傷したラミネートの圧縮残留強度を測定するための静的圧縮試験が記載されています。
上記の他のすべての規格では、試験性能の 3 段階について説明していますが、非破壊検査による内部損傷の判定手順は詳細に説明されていません。
CAI試験の実施：試験片の事前損傷の付与
HIT230FまたはHIT600F計装化落錘試験機では、試験片はクランプ治具と規格の一つで指定された衝撃エネルギーを使用して事前損傷が付与されます。使用される規格に応じて、クランプ装置の寸法とクランプ位置が若干異なる場合があります。
試験の簡便化ために、試験片を落錘試験機の外側でつかみ、次に試験ポジションに移動させます。インパクターによる試験片への繰り返し衝撃で最初の衝撃損傷が覆い隠されてしまうことを避けるため、アンチリバウンドシステムを備えた落錘試験機を使用することが衝撃試験の際には重要です。計装化落錘試験機を使用すると、力曲線、衝撃速度、および試験片に吸収された衝撃エネルギーを容易に決定することも可能になります。
損傷前の試験プレートに関連する試験機
HIT230F 計装化落重試験機は、最大1メートルまで調整可能な落下高さ、衝撃点での統合速度測定、リバウンド防止装置、衝撃試験に対応するインパクター(直径 16 mm)、および、さまざまな衝撃エネルギーを設定するための簡単に変更可能なウエイトは、損傷前のCAI試験片の要件を満たすように特別に設計されています。
HIT600F 計装化落重試験機は、CAI 試験における予損傷力の適用にも最適であり、より高い落下距離設定とオプションの加速ユニットの追加により、さらに高い速度と衝撃エネルギーに達することができます。したがって、プラスチック試験片の多軸パンクチャー試験の実行にも適しています。
CAI試験の実施：静的圧縮試験
落錘試験機での衝撃試験による試験片への事前損傷付与と、衝撃位置の変形を測定し非破壊検査によるラミネート 内部の損傷範囲の決定を行った後、CAI 圧縮残留強度を決定するための静的圧縮試験を実施します。
この試験のために、事前損傷を受けた試験片は特殊なCAI 圧縮試験治具に装着されます。CAI 試験規格によって試験片のクランプに対する要件が異なるため、2種類の異なる圧縮試験治具が使用されます。
- ASTM D7137およびボーイング BSS 7260 タイプ IIの場合、試験片は四方をガイドされますが、グリップはされません。
- ISO 18352およびエアバス AITM1-0010の場合、試験片は上下でグリップされ、側面は線接触によりガイドされます。
CAI圧縮試験冶具（衝撃後圧縮）
CAI 治具は、材料試験機の2枚の圧縮プラテンの間に配置されます。CAI 試験中、試験片には破壊点に達するまで圧縮荷重が負荷されます。衝撃後圧縮試験は、試験片が中央に付与された衝撃損傷の領域で破壊した場合に有効です。上部または下部クランプ付近での破壊は許容されません。
アドバンテージ：
- CAI 治具の簡単な取り扱いによる容易な試験片交換
- -70 °Cから+300 °Cの広い温度範囲での使用
- サポートバーによる側面剛性の向上は、特に非従来型のラミネート構造を使用する場合に、治具の横方向への曲がり（座屈）を防止します。
- 試験片との上下接触面に交換可能な超硬インサートを備えることにより、高負荷の加わる 力印加面の摩耗を最小限に抑えます。
ASTM D7137の衝撃後圧縮 （CAI）試験
衝撃後圧縮 (CAI) 試験では、最大 600 kN の特別な圧縮試験治具を使用して、損傷後の複合試験片を試験します。衝撃後圧縮試験はZ600E材料試験機で-60℃～+350℃の温度レンジで実施されます。
CAI 圧縮試験関連製品
衝撃後圧縮試験では、100 mm x 150 mm x 5 mm (幅 x 長さ x 厚さ) の比較的大きな試験片を使用すると、100 kN を超える力が容易に発生します。上記の試験基準では、試験する複合材料の種類（CFRP または GFRP など）、使用する繊維強化材の種類（UD、スクリム、ファブリックなど）、または定義された公称積層構造および積層厚以外の積層構造および積層厚の使用にも依存します。
したがって、CAI 試験は公称荷重150 kN ～ 250 kNの静的材料試験機で実行する必要があります。非常に厚いラミネートを使用したCAI試験の場合、強化されたCAI治具および最大 600 kN までのより高い公称荷重を備えた静的材料試験機も使用できます。
試験アレンジの正確な位置合わせと CAI 圧縮治具の寸法精度を検証するには、CAI試験規格に応じて、試験アレンジのセットアップ時または指定された間隔で、両側にひずみゲージを適用した試験片を各試験で使用する必要があります（サンプルごとに合計 4 個）。ひずみゲージ信号は、組み立て済みのひずみゲージボックスを使用して試験機に統合することも、適切なユニバーサル測定アンプを使用することによっても統合できます。
