碳纖維復(fù)合材料雷電損傷特性研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP，Carbon Fiber Reinforced Polymer)因?yàn)槠鋬?yōu)異的結(jié)構(gòu)性能而被廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域。當(dāng)應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)，碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料相比于傳統(tǒng)的金屬材料導(dǎo)電率要低，對(duì)雷電更加敏感?？紤]到碳纖維復(fù)合材料的物理特性，其雷電損傷程度比相應(yīng)的金屬材料高的多，損傷更為嚴(yán)重。
　　損傷面積和損傷深度是評(píng)價(jià)雷電對(duì)復(fù)合材料雷電損傷程度的兩個(gè)重要指標(biāo)。碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)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(gè)數(shù)量級(jí)，雷電流很難滲透到其深層，但如果復(fù)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(jī)翼油箱結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料蒙皮，它可能點(diǎn)燃燃油蒸汽，可導(dǎo)致災(zāi)難性的爆炸。因此，復(fù)合材料最大破壞深度對(duì)結(jié)構(gòu)完整性而言是一個(gè)嚴(yán)重的問題。
　　為滿足飛機(jī)在雷電環(huán)境下防護(hù)設(shè)計(jì)要求，需要開展實(shí)驗(yàn)來測試碳纖維復(fù)合材料的損傷特性。碳纖維復(fù)合材料的損傷影響因素可大致分為內(nèi)部因素和外部因素兩大類，內(nèi)部影響因素包括材料的不同、鋪層方

3、式不同、防護(hù)方式不同等。外部影響因素包括環(huán)境參數(shù)不同，如轉(zhuǎn)移電荷量、作用積分、作用峰值等。本文首先選取飛機(jī)上常見的層壓結(jié)構(gòu)的CFRP材料平板試驗(yàn)件，采用組合模擬雷電流分量A、B、C*，對(duì)復(fù)合材料試驗(yàn)件采用火焰噴涂鋁和編織銅網(wǎng)兩種防護(hù)方式，然后對(duì)平板試驗(yàn)件進(jìn)行雷電直接注入試驗(yàn)研究，對(duì)比分析了不同防護(hù)方式下的雷電損傷特性。其后，對(duì)結(jié)構(gòu)件開展實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)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(fù)合材料電阻加熱作為外部