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碳纤维复合材料雷击研究进展
来源: | 作者:pmo663da6 | 发布时间: 1102天前 | 2313 次浏览 | 分享到:

Abdelal等[13]在仿真中进一步模拟材料热分解和升华过程。郭云力的博士论文[14]建立电-热耦合并加入热解动力学模型评估雷击损伤,发现使用温度场评估CFRP材料雷击过程面内损伤时与试验结果的吻合度较高。

目前的研究结果表明,对碳纤维复合材料造成损伤的主要因素是雷电流焦耳热效应[8]。临汾防雷检测

2.2.2 力效应

雷电过程的力效应主要包括热应力、冲击波和电磁力。 

2.2.2.1 热应力

热应力起源于雷电的热效应。在CFRP复合材料的雷击过程中,雷击附着区域的高温必然使该区域产生严重的热膨胀,从而形成局部的热应力。董琪的博士论文[15]通过建立电热-热分解-力耦合模型,发现热应力主导复合材料雷击过程中的表层鼓包和分层损伤。董琪[15]认为CFRP复合材料在雷电载荷结束后的一定时间内仍保持高温,热解损伤区域会进一步扩大,使得大部分力学损伤区域被热解损伤区域覆盖。长治避雷检测

2.2.2.2 冲击波

冲击波是等离子体爆炸产生的高压气体冲击引起,由于碳纤维复合材料具有较高的刚度和强度,冲击波产生的损伤并不十分显著。Foster等[16]建立了未考虑雷击效应的冲击压力动力学模型,发现由冲击压力引起的损伤面积大约占实验测得损伤面积的1%,对雷击损伤的贡献很小。 阳泉防雷检测

2.2.3 电磁效应

雷电电磁环境会使载流CFRP结构产生电磁力,其本质为洛伦兹力。刘志强的博士论文[17]发现,电磁力引起的复合材料结构响应相对于复合材料力学性能十分微弱,不至于引起复合材料损伤。对远离雷电流附着区域的复合材料结构响应的影响很小,甚至可以忽略。 

2.2.4 电介质击穿

如果结构某处的电场强度值超过该处的击穿场强,则会发生电击穿现象,被击穿的非导电介质会变为导电通路中的一部分。Wang Y[18]认为在热学和力学分析之前应分析结构的电击穿性能,如果材料会发生击穿,则会即时形成贯穿式损伤,有可能改变雷电流传导路径。Wang Y[18]亦承认尚未在文献中搜集到此类损伤类型的分析研究。 晋城防雷检测

 2.3 小结 

综合国内外仿真研究结果,可得出以下结论:

电-热耦合是主流的CFRP雷击损伤研究方法。后续研究多以此为基础开展。

雷击损伤主要由热效应主导,热效应严重时会引发热烧蚀、热应力。


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