落锤冲击式实验机

猛龙哥

第1章   绪论

1.1  课题背景

落锤式冲击实验系统为我们研究动态冲击响应与结构单元吸能问题提供了简单经济的实验手段 ,本文介绍一套落锤式冲击实验系统的设计开发过程 ,同时给出该系统的实验结果与计算机模拟对照。这套设备对研究材料和汽车关键结构的冲击问题有很重要的意义。

重锤从不同高度落到试样上求取落下高度与试样破坏率的关系。用破坏率为50%时的落下高度来表示试样的抗冲击能力。也有的试验方法是固定重锤高度而改变锤质量来进行试验，用求得相应重锤质量来表示结果；或者，两者都改变而用下落重锤的能量来表示结果。应该注意，用能量表示时对不同高度或不同重锤质量的结果是不宜作比较的。落锤试验比摆锤冲击试验更接近实际情况，是一种简便又实用的方法。

经受撞击加载的结构, 其响应同静载情况相比,有着许多不同的规律 在高速撞击加载时, 材料性能也会呈现出许多不同于静载时的特征, 短时的强载荷会使材料内部原始不均匀的细观结构或缺陷被激活, 导致宏观的损伤和破坏, 这是材料动力学问题在中低速撞击问题中, 材料性能不至于发生显著的变化, 但撞击物的巨大动能会引起杆、板、环、壳等类柔性结构超大变形、屈曲、断裂, 甚至崩塌, 致使结构失效造成灾难性事故这类问题一般可略去波的传播效应, 属于冲击结构动力学问题

结构耐撞性实验研究是冲击动力学的重要组成部分, 撞击实验根据冲击速度的范围可采用不同的冲击加载手段对于高速和超高速的冲击加载, 可采用Hop2杆或气炮等来实现工程中大量的撞击问kinson题, 属于低速撞击过程, 模拟这类问题的实验, 落锤式冲击试验机是一种简单、可靠、重复性好的加载装置我们研制了一台大型的落锤式冲击试验机, 并在该装置上已完成重要研究

   

1 .2 选题目的及意义

落锤式冲击实验系统为我们研究动态冲击响应与结构单元吸能问题提供了简单经济的实验手段,本文介绍一套落锤式冲击实验系统的设计开发过程,同时给出该系统的实验结果与计算机模拟对照。这套设备对研究材料和汽车关键结构的冲击问题有很重要的意义。

目前同类的实验台架多数采用气动式,加载精确平稳,缺点是占地大,成本较高,且由于有庞大的动力装置与气体管道,造成日常维护不便。一般的落锤下落都有导轨限位,铸铁T 型槽导轨精度高,刚度大,但质量太大结构笨重。还有某些台架,重锤释放机构采用机械式行程开关,结构复杂,且重锤释放位置的高度由行程开关安装的位置决定,不易调节。因此本实验室根据具体情况与研究需要,设计开发一套结构简单、成本低廉且能够满足功能要求的冲击实验系统。

本文介绍了一套落锤式冲击实验系统的设计开发与调试实验的全过程。系统采用落锤对试件进行冲击加载,设计结构简单。冲击的能量可以无级调节。型钢导轨与V 型槽轮的方案易于加工和装配定位。释放脱钩利用自锁将落锤提升,然后释放。结构简单化降低了开发实验系统的成本。

   供了简单经济的实验手段,本文介绍一套落锤式冲击实验系统的设计开发过程,同时给出该系统的实验结果与计算机模拟对照。这套设备对研究材料和汽车关键结构的冲击问题有很重要的意义。

耐撞性是包括飞机、汽车等运载工具在内的许多承载结构的一项重要性能指标。由于冲击过程中材料与结构力学行为表现的特殊性,使得我们需要一套与对待静态问题不同的研究法。目前以有限元方法为主要分析手段的模拟仿真技术为结构冲击性能评价提供了很好的途径,而仿真计算的建模、验模与修正全都需要以冲击实验的结果为依据。研究薄壁结构的屈曲模态、吸能规律,考察运载工具中关键结构的耐撞性,指导结构的设计,落锤式冲击实验台是一种简单、可靠、重复性好的实验装置。这类小规模、局部的撞击,无论从模型的建立还是实验消耗上都更为基础与经济。


第2章 试验台设计

2.1 试验系统描述

简要介绍了落锤式冲击试验机的设计及实际使用情况。该冲击试验机主要由机架、升降机构、落锤机构、防二次冲击机构、导向柱、高度定位机构、减速器传动系统、电气控制、测量和操作系统组成。实际使用证明,该机性能稳定可靠、操作方便,完全达到设计要求。


落锤试验机适用于不同类型的焊接接头试件和钢轨母材落锤试验。落锤试验机由落锤、 支座、 支架、自动挂钩装置和卷扬机等组成。在一定的高度内设置有多个固定落锤挡位, 适用于目前国内通用轨型的落锤试验要求。当进行某一高度的试验时, 其下的所有挡销必须取掉, 并将定位挡销固定在这一试验高度; 所要试验的焊接接头或钢轨母材放置在两支座的槽中; 固定重量的落锤, 通过自动挂钩提取, 在卷扬机和钢丝绳带动下, 沿支架导轨上升; 使落锤提升到这一试验高度后, 固定挡销启动, 自动挂钩脱开, 落锤自由落下, 砸向所要试验的轨型, 从而完成落锤试验。 落锤试验机主、 俯视结构示意简掉, 并将定位挡销固定在这一试验高度; 所要试验的焊接接头或钢轨母材放置在两支座的槽中; 固定重量的落锤, 通过自动挂钩提取, 在卷扬机和钢丝绳带动下, 沿支架导轨上升; 使落锤提升到这一试验高度后, 固定挡销启动, 自动挂钩脱开, 落锤自由落下, 砸向所要试验的轨型, 从而完成落锤试验。

对系统有几点要求:强度与刚度,由于系统在运行时,重锤被吊升至高处,故要求系统机械结构有足够的强度与刚度;导轨垂直度,实验的外载荷由落锤提供,保证重锤下落冲击试件瞬间的速度方向尽可能垂直向下;地基惯性,保证冲击过程对落锤周围的采集分析设备不产生干扰。且地基不能在若干次实验后出现裂缝或整体沉降;数据采集频率和精度,由于落锤运动的速度很快,且碰撞在瞬间完成,因此对速度、加速度信号的采集电路有一定要求

冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标,表征材料抵抗冲击载荷破坏的能力,通常定义为试样受冲击载荷而折断时单位截面所吸收的能量。冲击强度的测试方法很多,应用较广的有摆锤式冲击试验、 落锤式冲击试验和拉冲试验。摆锤式冲击试验是让重锤摆动冲击标准试样,测量摆锤冲断试样所消耗的功,试样的安放方式又分为简支梁式和悬臂梁式,但这种测试结果仅仅反映出材料本身的抗冲击的能力。拉冲试验的原理是当拉伸速度足够高时,拉断试样所做的功与试样受冲击破坏时所吸收的能量相当,冲击强度与拉伸强度和断裂伸长率都有关系,可以分别估计出这两个因素对冲击强度的贡献。落锤式冲击试验是让重锤从已知高度落到板状或片状试样上,试验下落重物的冲击刚刚足以使试样产生裂痕或破坏的条件,从重锤的质量和下落高度计算使试样破坏所需的能量。

落锤冲击实验系统由机械结构系统与电测系统两大部分构成,结构组成框架如图1 所示。该实验设备,能够完成冲击实验的碰撞与数据采集分析的全过程。全系统包括机械钢架、地基底板、落锤结构、提升与释放机构、测量系统、数据采集系统和数据分析系统几部分。


                          
  图1 　系统结构简图
2.2  机器结构与功能

上述诸多种功能要求,经过对比分析,考虑到占用空间及所需成本,最终确定如下方案。该方案用电动卷扬机将落锤拉至所需高度,通过滑车上方的专用脱钩装置,将落锤释放。落锤沿两侧导轨自由下落,冲击地面上的试件。在试件上方的导轨上,布置对射式光电传感器,检测落锤经过的时刻,换算出冲击前速度大小。落锤上布置加速度传感器,   采落锤式冲击实验系统的设计开发23集冲击过程中的加速度信号。信 号经放大转换,由计算机分析处理,得到冲击载荷特性。
   
2.3  支架的选材与设计

机械钢架结构构成整个台架的支撑主体,在实验中落锤升起后承担全部落锤的重量。钢架本身采用槽型钢螺栓连接钢架结构,具有足够的强度与刚度,能够满足实验需要。同时钢架为落锤滑车提供下滑导轨。导轨对滑车起到限位作用,一方面在落锤冲击试件的过程中,不致在冲击载荷的侧向的反作用下偏离实验台;另一方面,为冲击试件之前的落锤速度方向提供导引。导轨与地面保证良好的垂直性,从而引导落锤沿垂直方向冲击试件,避免砸偏砸翻试件,也避免了能量在水平方向上损失。钢架采用槽型钢与T型钢焊接而成,宽分别为200mm和150mm。长5m，T型钢则作为导轨。用另一块同样大小的槽钢同方向用螺栓紧固起来，另一面也用螺栓紧固在墙上，节省空间。整个支架距离地面约1m。为了能提升高度槽钢来给你顶头焊上与与两边槽钢距离同等长度的钢板，在适当位置打孔，当有需要可以往上叠加槽钢在孔的位置用螺栓连接上提高高度，在不需要提升高度时用一块钢
板把两边的槽钢连接起来钢板在中间位置打上适当大小的孔，钢板上面用来固定滑轮座。

2.4  低座的设计

冲击试验过程中,落锤大量的动能在瞬间释放,被试件吸收。试件吸收剩余能量时,除了要保持相当的惯性,以免影响周围仪器,自身还要有一定的抗冲击性。本系统采用钢板焊成500mm×500mm×400mm的方形底座，在用螺栓紧固在地面上大质量的钢板具有大惯性,能够使周围仪器免于噪声干扰。由底板支座和终止台三部分组成支座口和终止台均加工成形坡焊在底板上，为提高表面的局部抗冲击性能,不致在多次击打后出现不平处,在上面放置一块钢板用来放试件，用7型快螺栓固定在底座上，使作用力均匀分布在小块钢板表面,降低局部受到的冲击。另外在测验小试件时可换大一点得7型块七加紧，紧固作用。免得做实验时发生事故。




2.5 落锤的设计

冲击实验的能量全部来源于落锤的动能。本系统采用500mm×400mm×10mm的钢板上面有挂钩下面有锤体，用螺栓紧固连接起来的落锤。两边有与轨道同等大小的凹槽以不至于下落试不垂直撞击试件。锤体是半径30cm的圆柱体，锤体与钢板用六个M12螺栓连接其阿里的，锤体可以从落锤上卸下来更换不同质量的锤体，适应不同试验需求，灵活性能提高。在落锤的下面做一块凸起的圆柱用来撞击试件。钢板上面有凸起的槽，用来安装挂构凸槽用螺栓贯穿紧固挂钩。拉动挂钩释放落锤并不费力。很多同类实验系统采用行程开关控制对落锤的释放,除去结构复杂外,在实验操作过程中,提升到设定高度后立即释放,落锤下落前没有停顿。


2.6 滑轮与起重装置的选择
   
   滑轮座固定在支架平台是上，支架孔内用聚四氟乙烯做的套筒，用来代替轴承，按照滑轮座大小选用F型滑轮。在中间位置和紧挨一边的位置按上滑轮，引导方向。锤体两侧沿导轨运动，以保证锤体垂直降落,导向轮由于是滚动, ,以不摩擦可大大减少滑轮与绳的摩擦力使其影响锤体的冲击能。起重装置由电机、联轴器、减速器、联轴器、卷筒连接而成的。卷筒两端由滑轮座同材料的支架做成，卷筒表面有螺纹起加紧作用。根据卷筒轴颈，减速器输出端选用YL7型联轴器，输入端选用YL6型联轴器，为了节省空间减速器采用同轴试减速器XWE8130B型减速器输出输入的轴径符合联轴器需要。电机采用Y100L-6型，同联轴器轴颈相符。起重装置要先组装好，再确定安装位置，确保也滑轮再同一平面上，并且尽量靠近支架，钢丝绳垂直地面。

、   



2.7 与其它试验装置对比



工作原理

冲击试验机中的升降机构通过电机及传动系统被提起 ,它携带锤体同时上升 ,锤体上装有配重砝码和可调式冲头;当升降机构侧面杠杆碰到定位挡块后 ,锤体自由下落 ,防二次冲击机构打开 ,冲头冲击试样;当冲头冲击试样后锤体将会被反弹起来 ,防二次冲击机构闭合将冲头抱住避免二次冲击形成 ,一次冲击动作完成锤体自由下落的同时 ,升降机构在传动系统的控制下下行 ,一次冲击动作完成后它再次挂起落锤机构上升 ,碰到定位挡块锤体再次下落 ,开始第二次冲击试验。整个冲击过程全部由光电系统控制自动完成 ,安全可靠。限位开关是该机的保护装置 ,它可防止升降机构中落锤装置的换向开关失灵后电机继续运转而造成升降机构上行撞车 ,避免设备事故的发生。该机具有自动连续冲击性能、冲击数字预置、自动显示冲击次数以及试样预加张力及测量显示功能 ,试样承受冲击后所受张力变化自动显示。落锤式冲击试验机高达 13147 m, 相应的撞击速度最高可达 1517ms, 能满足大范围内低速撞击试验的要求 落锤质量可在 119～ 240 kg范围内调整, 与不同高度匹配, 可满足大冲击能量输入的要求 1试验机架是由两个竖立的格构式钢柱和刚性横梁组成的门式刚架, 刚架有多道支撑与周围建筑物相联, 具有很好的整体刚度 1 机架底部有大体积的混凝土基础, 基础和地基之间设置了黄砂垫层, 隔振性能良好, 落锤冲击时周围仪器不受影响 1 刚架柱的内侧设置钢轨滑道, 滑道经磨削加工, 光洁度为018, 锤体与轨道采用滑动配合1 落锤机架结构示意见图 11 轨道沿整个高度竖向误差仅 2mm, 锤体下落十分平稳 1 落锤冲击速度重复性很好, 与计算相比误差在 2‰以内。落锤由电动机驱动小型卷扬机提升, 释放采用电磁自动控制机构, 操作方便、安全可靠。

操作过程

(1)将试样放在夹具中用压板夹紧; 后 ,输送带工作表面受损情况大大好转 ,使用寿命明显延长。
(2)使夹具体在支撑横梁上滑动 ,通过标尺 确定冲击点 ,并在要求的位置上固定机构;       
(3)调整张紧螺栓张紧试样 ,使预置张力达到所需要的值;冲击试验机中的升降机构通过电机及传动
(4)移动高度尺上的定位挡块置于要求的系统被提起 ,它携带锤体同时上升 ,锤体上装有高度并锁紧;配重砝码和可调式冲头;当升降机构侧面杠杆
(5)预置冲击次数 ,通过拨码开关将数字置碰到定位挡块后 ,锤体自由下落 ,防二次冲击机入存贮器中;构打开 ,冲头冲击试样;当冲头冲击试样后锤体
(6)用自动(手动)开关根据需要选择运行将会被反弹起来 ,防二次冲击机构闭合将冲头键 ,对试样进行连续(断续)自动冲击 ,直到冲击抱住避免二次冲击形成 ,一次冲击动作完成。达到预置次数时停止。

度吊钩控制系统

控制系统由卷扬提升装置及其电器控制系统组成卷扬提升装置由卷扬机刹车装置及吊钩组成装在地面的卷扬机和卷扬钢丝绳通过机身的滑轮吊起锤体及锤头达预定高上加有手动脱钩装置用于释放锤体使其自由下落 刹车装置如图所示其动作原理为通过弹簧压紧刹车片刹住卷扬鼓以缠紧钢丝绳通电时电磁铁吸合拉开刹车片松开卷扬鼓电动机即可带动卷扬鼓转动刹车装置只在电动机停止转动时才起作。用电器控制装置如图所示合上电源按下按钮吸合电动机正转带动卷扬鼓提升锤体按切断电源松开锤体被刹住吊于空中接通吸合电动机反转锤体被牵引下落






            














   结论

本文介绍了一套落锤式冲击实验系统的设计开发与调试实验的全过程。系统采用落锤对试件进行冲击加载,设计结构简单。冲击的能量可以无级调节。T型钢导轨与V凹型槽的方案易于加工和装配定位。释放脱钩利用自锁将落锤提升,然后释放。结构简单化降低了开发实验系统的成本。冲击过程中落锤的加速度时间历程由专门电路采集,从而得到载荷信息。通过对该实验技术与管理系统的搭建与调试,证明利用落锤对试件进行冲击加载,分析材料及结构的冲击响应特性是完全可行的。

本实验系统满足功能要求,达到了设计预期设想。另一方面,实践证明数值模拟计算较好地再现了薄壁管的碰撞过程。在今后科研的过程中,将主要采用数值模拟与落锤冲击实验相结合的方法来研究薄壁结构的吸能特性。复合材料受冲击载荷作用时，一部分冲击动能转变为可恢复的弹性应变；另一部分却被材料所吸收，造成了不可恢复的损伤。对复合材料结构，通过理论分析和实验研究弄清楚材料损伤和冲击能量吸收之间的关系及相关力学行为具有实际意义。具有多参数测试功能的落锤式冲击试验机可对复合材料结构、埋入智能传感元件的混杂复合结构等进行冲击试验，实时分析相关性能数据。从设计开发的冲击试验机及其参数测试的原理看，冲击试验机测试数据是可靠的。

落锤式冲击实验系统为我们研究动态冲击响应与结构单元吸能问题提供了简单经济的实验手段，这套设备对研究材料和汽车关键结构的冲击问题有很重要的意义。


  







参考文献  

1 袁希光主编. 传感器技术手册. 北京:国防工业出版社,1986. 917.
2 李国华,余静娴. 速度传感器的落锤校准试验. 中船总702 所技术文件. 1988.  
3 雷建平,等落锤冲击加载实验装置及结构耐撞性实验研究[M]1 力学与实践1996 (5) 1
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6 钱维平1 用仪器化的冲击实验系统评定材料的动态性能[M]1 材料开发与应用(洛阳船舶材料研究所) ,1999 (1) 1
7 胡庆贤,等1 落锤撞击加速度的测试及讨论(含能材料) [M]1 物理研究院化工材料研究所,1999 (4)
8 范喜生,等1 落锤撞击作用下地表面振动问题的初步分析[M]1 振动与冲击Vol. 15 No. 3 19951
9 魏燕定1 冲击落锤自动提升释放机构设计[M]1 机械设计,20001
10 梁宾 。力学。北京。人民教育出版社。1998。178
11 周勇，理论力学教程。北京。高等教育出版社。1997。253
12 李芳，理论力学。济南。山东教育出版社。2001。134







致谢

经过半年的忙碌和工作，本次本科毕业设计已接近尾声，作为一个本科生，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周的地方，如果没有导师的敦促指导，以及周围同学的大力支持，想要如期完成这个设计是较为困难的。

在这里首先我要感谢我的导师张伟老师。张老师平日里工作繁忙，但在我作毕业设计的各个阶段，从设计方案的确定、修改，到以后的中期检查，后期的详细设计、装配草图及零件图绘制等，张老师都给予了我悉心的指导。除了敬佩张老师的专业水平外，他严谨求实的治学态度和科学研究的精神使我受益匪浅，并将积极影响我今后的学习和工作。

此外，在设计完成和平时的工作学习中，李红兵、吕丹萍、于嗣斌等同学也给予了诚恳的建议与无私的帮助，为设计的顺利完成提供了必要的帮助，在此一并向他们致以敬意。
最后衷心感谢在百忙中抽出时间来为我审阅本次设计的各位老师。
















     附录1
冲击性能¨汽车保险杠

应用报告

导言

在前面或后面碰撞结束的第一道防线为车辆和占用的保险杠。因此，主要职能是汽车保险杠是吸收和散发能量的影响活动保险杠做到这一点，吸收的力量和势头 打击，减少潜在损害的车辆和乘客。印第安纳州 过去的保险杠只是一个大束的金属连接到前端和后方的车辆。虽然功能，重量等丰收可以极大地有助于整体重量的汽车。高等教育车辆重量等于降低燃油效率。保险杠现在必须履行不只有他们的主要职能，但必须这样做，同时美观令人高兴，也没有作出重大贡献的重量车辆，从而提高燃油经济性标准。虽然新材料允许这种情况发生，当务之急是为制造商理解 折衷更轻的材料与安全。在保险杠的许多车辆是重视汽车的底盘支持从钢铁。至于保险杠本身，支持从体重较轻的材料将有助于减少车辆，与整体重量，从而帮助提高车辆燃油效率。 这些变化的物质然而，可能导致能力的组成 缓冲器履行其主要职能。要比较和资格替代材料用于保险杠组成部分，制造商需要 使用的测试设备，模拟汽车碰撞，并能 模型8150落锤冲击系统。衡量和比较所产生的影响性能数据。
  
测试配置和程序

一个斯特朗模型8150落锤冲击系统 仪器与自订的多传感器压电tup ，自定义的前锋， 数据采集 旨在推广汽车保险杠和冲击 系统被用来进行测试。具体应用装置，设计 由客户，被用来测试两个保险杠总成和挤压丰收的支持。标本进行了测试在室温和各种影响精力。

结果*

显示的阴谋负荷和能量随时间的测试表明 上面的。第一次高穗是惯性负载事件，其后每山和山谷组合是从一个折叠的挤压，因为它倒塌。
  
结论和建议
8150模型冲击试验系统的详细说明这份文件允许 设计者和制造商能够精确模拟保险杠碰撞。 阻力的影响所收集的资料做仪器 测试可以用来评估和比较，并吸收能量 挠度性能特点不同的保险杠组成部分材料

落锤试验/动态撕裂试验

美国ASTM é 436 ;电子邮件604 ＆美国石油学会（空气污染指数） - 5L号应用报告

导言

落锤撕裂和动态测试被广泛用于钢铁行业以确定材料特性，如骨折的阻力，
转型期的温度范围和适宜使用钢铁的具体的应用。在这些试验的标本冷却或在加热温度范围，以确定最高气温在该样本骨折。低于这个无延性转变温度的材料将始终如一骨折，但最重要的材料。

美国石油学会（ API的） -5 L号测试标准是用来确定断裂韧性的金属管线。标本被切断从部分管道，浸泡在温度和明测试在10秒。美国ASTM é 436 ，类似的API - 5L号，是用来建立温度范围内对其中铁素体钢进行骨折模式过渡到韧性脆。在这两个标准确定关于韧脆行为的依据是目视检查标本结合，有时一个计算，以确定的百分比抗剪阅读材料的断裂。

动态撕裂试验，执行根据美国ASTM é 604 ，提供了一个测量的能量吸收在骨折进程的一个“前破获”标本。的目标是相似的测试在上述测试，但能源计量消除了一些主观的其他试验。实际数值输出的考验，各级接受指定的结束使用者钢的关键应用可以被界定。

测试配置和程序
（ R ）公司（注册商标）

一个斯特朗-D ynatup模型8 150落锤的影响系统， 仪器与示范8340 ， 1000千牛顿tup ， 1英寸的半径（对美国ASTM é 436和API - 5L号）
或0.5英寸的半径（对美国ASTM é 604 ） tup插入和脉冲（商标）的数据采集系统被用来进行测试，按标准。赛程按照设计的测试标准用于支持标本。见图1的一个例子，测试系统和配置。所有标本进行了测试在室温下。每个标本为中心的anvils与撞击点正上述直接晋级缺口。十字头体重为最大限度地确保有足够的能量，打破标本与单一的影响。

落锤试验/动态撕裂试验

应用报告结果

显示的阴谋负荷和能量与时间的两个5/8-inch 厚的钢种下的测试相同的测试条件。正如数值试验结果和数据曲线有显着如何区别了类似的物质反应事件的影响。

显示了比较测试数据三3/4-inch之间厚钢材检验标本为美国ASTM é 604 。所有这三个测试下同样的条件，并与检验标本每436名美国ASTM é ，所有三个标本显示不同的结果同样的撞击事件

结论和建议

示范8150测试系统的影响非常适合既提供简单uninstrumented测试，以及完整的测试仪器系统。阻力的影响所收集的资料做测试仪器可利用的研究与发展评价的影响，冶金等变量组成， 加工，热处理可以对动态断裂阻力新的或现有的材料。试验结果还可以用来表明特别是钢铁的使用是否适合在特定的应用程序。


















附录2
Impact Performance ¨C Automobile Bumpers
Application Report
Introduction
In a front or rear end collision the first line of defense for both the vehicle and the occupants is the bumper. Therefore, the primary function of an automotive bumper is to absorb and distribute the energy of an impact event  Bumpers do this by absorbing the force and momentum of the blow, decreasing potential damage to the vehicle and its occupants.   In the past bumpers were simply a large beam of metal attached to the front and rear of the vehicle.  While functional, the weight of such a bumper can contribute significantly to the overall weight of the car.  Higher vehicle weights equal lower fuel efficiency.  Bumpers now must fulfill not only their primary function, but must do so while being aesthetically pleasing, and  without contributing significantly to the weight of the vehicle, thereby improving fuel economy standards.  While new materials allow this to happen, it is imperative for manufacturers to understand the tradeoffs of lighter materials vs. safety.

The bumpers in many vehicles are attached to the car's chassis with supports made from steel.  As with the bumper itself, supports made from a lighter weight material would aid in the reduction of the vehicle! overall weight, thereby helping to improve the vehicles fuel efficiency.  These changes in material however, may result in a comprised ability of the bumper to perform its primary function.  To compare and qualify alternative materials used for bumper components, manufacturers need
Figure 1:
to use testing equipment to simulate automotive collisions and be able to Model 8150 Drop Weight Impact System. measure and compare the resulting impact performance data. Test Configuration and Procedure An Instron  ¨C Dynatu  Model 8150 Drop Weight Impact System
instrumented with a custom multi-sensor Piezo tup,  custom striker, Data Acquisition designed to replicate a car bumper  and Impulsesystem were used to perform tests.  Application specific fixtures, designed by the customer, were used to test both bumper assemblies and extruded bumper supports.  See Figures 2 and 3 for examples of test setup and configuration.  Specimens were tested at room temperature and at various impact energies.

Results*

Figure 3 shows a bumper support extrusion after being impacted. Figure 4 shows a plot of Load and Energy vs. Time for the test shown above.  The first high spike is the inertial load event, each subsequent hill and valley combination is from a fold in the extrusion as it collapses.   

Conclusions and Recommendations

The Model 8150 Impact Testing System detailed in this document allows
designers and manufacturers to accurately simulate bumper collisions.   
The impact resistance information gathered by doing instrumented
testing can be used to evaluate and compare energy absorption and
deflection performance characteristics of different bumper component
materials.   

Drop hammer test / dynamic tear test

American ASTM é 436; e-mail & 604 American Petroleum Institute (Air Pollution Index) - 5L applications, the report

Introduction

Tear drop weight and dynamic tests are widely used in the steel industry to determine the material characteristics such as resistance to fracture,
The transition temperature range suitable for the use of steel and concrete applications. In these tests samples of cooling or heating in the temperature range to determine the maximum temperature in the sample fractures. Lower than the non-ductile transition temperature of the material will be consistent fracture, but the most important materials.

American Petroleum Institute (API's) -5 L, is the standard test used to determine the fracture toughness of the metal pipes. Specimens have been cut off from the part of the pipeline, and water temperature in the next test in 10 seconds. American ASTM é 436, similar to the API - 5L, is used to create temperature range for which the ferrite steel model for fracture toughness transition to a crisp. In both criteria on the ductile-brittle behavior is based on visual inspection of samples, sometimes a calculation to determine the percentage of shear fracture of reading materials.

Dynamic tear test, the implementation of the United States in accordance with ASTM é 604, provides a measurement of energy absorbed in the process of fracture of a "pre-cracked" specimens. The goal is similar to the test in the test, but the energy measurement of the elimination of a number of other subjective test. The actual output value of the test at all levels to accept the designated end user of steel-critical applications can be defined.

Configuration and testing procedures
(R) Corporation (R)

Strong-D ynatup a model 8 150 drop weight impact of the system, apparatus and the Model 8340, 1000 kN tup, 1-inch radius (ASTM é 436 of the United States and the API - 5L No.)
Or within a radius of 0.5 inches (the United States ASTM é 604) tup insert and pulse (TM) data acquisition system is used for testing in accordance with the standard. According to the schedule of standard tests used to support the specimen. Figure 1 An example of the testing system and configuration. All specimens tested at room temperature. Each specimen as the center point of impact with the anvils are the direct promotion of these gaps. Crosshead for the maximum weight to ensure an adequate supply of energy to break with a single specimen.

Drop hammer test / dynamic tear test

Application of the results of the report

The plot shows the load time and energy and two 5/8-inch thick steel under the same test conditions for the test. As the numerical results of the test data and curves of a significant difference between how a similar material events.

Shows the comparative test data between the three 3/4-inch thick steel test specimens for the United States ASTM é 604. All three tests under the same conditions and with the test samples every 436 American ASTM é, all three samples show different results the same impact event

Conclusions and recommendations

The Model 8150 test system is ideal for both simple uninstrumented test, as well as a complete system test equipment. Resistance data collected by the testing equipment available to do the research and development of the evaluation of the impact of variables such as metallurgy, processing, heat treatment can be dynamic fracture resistance of a new or existing materials. The results can also be used to show that iron and steel in particular, the use of the suitability of a particular application.