雷电流组合波形下碳纤维/环氧树脂基复合材料层压板雷击损伤试验

为了评估碳纤维/环氧树脂基复合材料位于不同飞机雷击分区下的雷击损伤程度及损伤特征,采用A+B、D+B+C和A+B+C+D 3种不同的雷电流波形组合,对两类不同尺寸复合材料层压板试验件（Type1和Type2）进行了模拟雷电流冲击试验,通过目视损伤观察和超声损伤扫描,分析评估了复合材料位于飞机1A区、2A区及1B区时的雷击损伤程度及特征,同时还对含铜网防护碳纤维/环氧树脂基复合材料层压板在不同雷击分区下的雷击防护效果进行了评估。结果表明：不同雷击分区下,碳纤维/环氧树脂基复合材料在雷电流作用下的损伤模式基本一致,包括纤维断裂、基体烧蚀及分层损伤;对于相同类型试验件,1B区对应雷击损伤程度最严重,其次为2A区,1A区损伤程度最小;在相同雷击分区下,长宽比较小的Type1型试验件雷击损伤程度大于长宽比较大的Type2型试验件;0.25 mm厚铜网能够有效对碳纤维/环氧树脂基复合材料进行雷击防护,位于1A区、2A区及1B区的含防护与无防护Type2型试件,前者雷击损伤程度较后者分别下降88.9%、53.9%和68.7%。     

含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤特征分析

为了对含紧固件复合材料层压板的雷击烧蚀损伤特征进行分析,根据雷击过程中的能量平衡关系,建立了含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤数学分析模型。基于该分析模型,在ABAQUS中建立了含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤分析三维有限元模型,并对不同电势边界条件下的雷击烧蚀损伤进行了分析。分析结果表明:由于金属紧固件的存在,雷电流可以通过紧固件沿层压板结构厚度方向传导,然后在各铺层内进行电流分配,各方向铺层传导雷电流的能力与该层电势梯度方向和电势梯度方向的电导率有关;在不同的电势边界条件下,各层的电势分布有所差异,从而导致了各铺层传导雷电流能力的不同,最终引起不同的雷击烧蚀损伤分布。通过本文的研究,能够对含紧固件复合材料层压板结构的雷击烧蚀损伤特征有定性的认识。     

含雷击热-力耦合损伤复合材料层压板拉伸剩余强度预测

为了对含雷击热-力耦合损伤复合材料层压板的剩余强度进行预测,基于连续介质损伤力学法(CDM)和唯象分析法,建立了表征复合材料雷击热-力耦合损伤的刚度矩阵渐进损伤退化模型。基于该模型,通过ABAQUS有限元仿真软件,建立了含雷击热-力耦合损伤的复合材料层压板结构三维模型。结合UMAT子程序,完成了拉伸载荷下的剩余强度预测。结果表明:通过与试验对比,仿真结果与试验结果取得了良好的一致性。本文所建立模型,能够有效进行含雷击热-力耦合损伤复合材料层压板结构拉伸剩余强度预测。