碳纖維復合材料雷電損傷特性研究.pdf

1、碳纖維增強樹脂基復合材料(CFRP，Carbon Fiber Reinforced Polymer)因為其優(yōu)異的結構性能而被廣泛應用于航空領域。當應用于飛機結構時，碳纖維增強樹脂復合材料相比于傳統(tǒng)的金屬材料導電率要低，對雷電更加敏感?？紤]到碳纖維復合材料的物理特性，其雷電損傷程度比相應的金屬材料高的多，損傷更為嚴重。
　　損傷面積和損傷深度是評價雷電對復合材料雷電損傷程度的兩個重要指標。碳纖維增強樹脂復合材料各向異性，其厚度方向的

2、電阻率高于平面方向兩到三個數(shù)量級，雷電流很難滲透到其深層，但如果復合材料受到損傷，雷電流就可傳遞到更深的部分。一旦雷電穿透機翼油箱結構的復合材料蒙皮，它可能點燃燃油蒸汽，可導致災難性的爆炸。因此，復合材料最大破壞深度對結構完整性而言是一個嚴重的問題。
　　為滿足飛機在雷電環(huán)境下防護設計要求，需要開展實驗來測試碳纖維復合材料的損傷特性。碳纖維復合材料的損傷影響因素可大致分為內部因素和外部因素兩大類，內部影響因素包括材料的不同、鋪層方

3、式不同、防護方式不同等。外部影響因素包括環(huán)境參數(shù)不同，如轉移電荷量、作用積分、作用峰值等。本文首先選取飛機上常見的層壓結構的CFRP材料平板試驗件，采用組合模擬雷電流分量A、B、C*，對復合材料試驗件采用火焰噴涂鋁和編織銅網(wǎng)兩種防護方式，然后對平板試驗件進行雷電直接注入試驗研究，對比分析了不同防護方式下的雷電損傷特性。其后，對結構件開展實驗，試驗后通過無損探傷檢測得到損傷數(shù)據(jù)。為建立損傷深度模型，把雷電電弧加熱和復合材料電阻加熱作為外部