[发明专利]单一快上升雷电流分量作用下碳纤维复合材料损伤计算方法

权利要求书

1.单一快上升雷电流分量作用下碳纤维复合材料损伤计算方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、建立快上升速率的雷电流分量试验平台，测试获得碳纤维复合材料雷电流作用下的准动态伏安特性曲线；

雷电流分量试验平台包括雷电流分量发生电路，雷电流分量发生电路高压端与被测碳纤维试样(6)上表面电气连接，雷电流分量发生电路低压端与被测碳纤维试样(6)的下表面电气连接并接地；还包括获取被测碳纤维试样(6)上表面电压的脉冲电压取样单元(8)和获取被测碳纤维试样(6)下表面电流的雷电流取样单元(7)，脉冲电压取样单元(8)和雷电流取样单元(7)与计算机测控分析单元(9)相连；所述雷电流分量发生电路由RLC电路或CROWBAR电路构成；

(2)、对得到的碳纤维复合材料非破坏雷击作用下的伏安特性曲线进行数值拟合，获得碳纤维复合材料阻抗或电导率与波形参数之间的数学表达式；

(3)、按照预先设计的碳纤维复合材料雷电损伤仿真条件，将碳纤维复合材料的电导率按照步骤(2)获得的数学表达式进行外推，计算碳纤维复合材料在规定雷电流峰值的单一雷电流A分量、Ah分量或D分量作用下的各向异性电导率，雷电流峰值外推到100kA至200kA，作为碳纤维复合材料快上升速率雷电流热电耦合模型中材料电导率的初始条件；

(4)、设置拟建模仿真的碳纤维复合材料层合板的铺层结构，材料的密度、比热、热导率及机械强度参数；

(5)、设置碳纤维复合材料雷电损伤的仿真模型边界条件，包括环境温度、临界温度，雷击作用过程中碳纤维复合材料与周围环境的热传导及辐射系数；

(6)、划分碳纤维复合材料热电耦合模型的仿真计算网格，设定注入的单一快上升雷电流分量参数，计算雷电流与碳纤维复合材料作用过程中存在的热电效应；

(7)、当碳纤维复合材料的温度升高到临界值之后，碳纤维复合材料内部树脂出现热解，随着材料热解度的增加，碳纤维复合材料的导电特性、导热特性及机械性能均会发生巨大变化，其导电特性由原来的绝缘或高阻状态转变为良导体；

(8)、根据仿真计算得到的碳纤维复合材料在单一雷电流分量作用下的温度及热解度分布，对其雷电损伤面积和损伤深度进行分析。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：雷电流分量试验平台包括可控直流充电电源(1)及并联在可控直流充电电源(1)上的储能电容单元(2)，可控直流充电电源(1)和储能电容单元(2)连接的高压端依次串联放电开关(3)、波形调整电阻(4)和波形调整电感(5)，波形调整电感(5)与被测碳纤维试样(6)上表面电气连接，储能电容单元(2)低压端与被测碳纤维试样(6)的下表面电气连接并接地，通过控制储能电容单元(2)、波形调整电阻(4)和波形调整电感(5)的参数获得快上升速率的雷电流分量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：雷电流分量试验平台电流峰值范围为几十A到几千A。