碳纤维复合材料雷击损伤及防护试验与仿真研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20250428.008

复合材料科学与工程 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (4): 68-73.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250428.008

碳纤维复合材料雷击损伤及防护试验与仿真研究

李渔^1,2,3,4, 司晓亮^2,3,4, 黄业园^2,3,4, 李志宝^2,3,4, 段泽民^1,2,3,4*

1.合肥工业大学电气与自动化工程学院,合肥 230000;
2.电磁信息控制与效应全国重点实验室,合肥 230000;
3.强电磁环境防护技术航空科技重点实验室,合肥 230000;
4.飞机雷电防护安徽省重点实验室,合肥 230000

收稿日期:2024-01-15 出版日期:2025-04-28 发布日期:2025-06-03
通讯作者: 段泽民(1955—),男,博士,教授,主要从事飞行器雷电与静电防护、飞行器强电磁环境效应及防护方面的研究,duanzm317@hotmail.com。
作者简介:李渔(1997—),男,硕士研究生,主要研究方向为飞行器雷电防护。
基金资助:
国家重大科技专项(MJZ5-2N22)

Experimental and simulation study on lightning damage and protection of carbon fiber composites

LI Yu^1,2,3,4, SI Xiaoliang^2,3,4, HUANG Yeyuan^2,3,4, LI Zhibao^2,3,4, DUAN Zemin^1,2,3,4*

1. School of Electrical and Automation Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230000, China;
2. National Key Laboratory of Electromagnetic Information Control and Effects, Hefei 230000, China;
3. Aviation Science and Technology Key Laboratory of Strong Electromagnetic Environment Protection Technology, Hefei 230000, China;
4. Anhui Province Key Laboratory of Aircraft Lightning Protection, Hefei 230000, China

Received:2024-01-15 Online:2025-04-28 Published:2025-06-03

摘要/Abstract

摘要： 为研究不同防护方式下的碳纤维复合材料层合板雷击损伤特性,对无防护、喷涂铝层防护、铜网防护的三种碳纤维复合材料层合板进行了雷击仿真与试验研究。在有限元仿真软件中建立三种层合板模型,统一施加A+B+C^*组合波形雷电流,分析了不同防护方式下层合板的损伤特性,同时还对不同特征参数的铜网的防护效果进行了评估。仿真与试验结果表明:无防护层合板损伤与其铺层方向相关,喷涂铝层防护层合板损伤形状近似为圆形,铜网防护层合板损伤形状近似为椭圆;喷涂铝层与铜网均有效减小了层合板的损伤面积与损伤深度;铜网防护层合板损伤面积与损伤深度随铜网梗宽的增大而减小。

关键词: 碳纤维复合材料, 防护方式, 电热耦合, 损伤面积, 损伤深度

Abstract: In order to study the lightning damage characteristics of carbon fiber composite laminates under different protection methods, the lightning damage of three kinds of carbon fiber composite laminates, which are unprotected, aluminum-coated and copper-mesh-protected, is studied by the way of simulation and test. Three kinds of laminated plate models are established in the finite element simulation software, and A+B+C^* combined waveform lightning current is uniformly applied to analyze the damage characteristics of the laminated plate under different protective methods, at the same time, the protective effect of copper mesh with different characteristic parameters is evaluated. The simulation results show that the damage shape is determined by the conductivity laminates. The damage shape of unprotected laminates is related to the laminates, the damage area and depth of the laminate are reduced effectively with protection of spraying aluminum or copper mesh, the damage area and damage depth decrease with the increase of the width of copper mesh. The validity of the finite element model is verified by experiments.

Key words: carbon fiber composites, protective methods, electrothermal coupling, damage area, depth of damage

中图分类号:

TB332

李渔, 司晓亮, 黄业园, 李志宝, 段泽民. 碳纤维复合材料雷击损伤及防护试验与仿真研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 68-73.

LI Yu, SI Xiaoliang, HUANG Yeyuan, LI Zhibao, DUAN Zemin. Experimental and simulation study on lightning damage and protection of carbon fiber composites[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2025, 0(4): 68-73.

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Experimental and simulation study on lightning damage and protection of carbon fiber composites

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