[发明专利]单一缓上升雷电流分量作用下碳纤维复合材料损伤计算方法

摘要

本发明公开一种单一缓上升雷电流分量作用下碳纤维复合材料损伤计算方法，利用非破坏雷电流作用下得到的碳纤维复合材料的动态阻抗曲线，外推得到预先设计的雷电损伤仿真条件下碳纤维复合材料在规定单一缓上升速率雷电流分量作用下的各向异性电导率，作为碳纤维复合材料热电耦合模型中材料电导率的初始条件，更好地模拟碳纤维复合材料的真实雷电效应，更为准确地得到碳纤维复合材料的雷击损伤，特别是雷电损伤面积、深度与雷电流分量参数之间的相关关系，为碳纤维复合材料层合板配方、工艺的研究及其性能提升和工程应用奠定理论基础。

主权项

1.单一缓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)、建立缓上升速率的雷电流分量试验平台，获得碳纤维复合材料缓上升速率、长持续时间雷电流分量作用下的动态伏安特性曲线；(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缓上升速率雷电流B分量或C分量作用下的各向异性电导率，雷电流峰值外推到100A至几千A，作为碳纤维复合材料缓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，设定注入的单一缓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。