喷铝涂层碳纤维增强树脂基复合材料抗雷击性能实验及仿真

来源期刊：复合材料学报2018年第10期

论文作者：付尚琛 石立华 周颖慧 郭一帆

文章页码：2730 - 2744

关键词：碳纤维增强树脂基复合材料;雷击防护;喷铝涂层;冲击电流测试;电热耦合效应;

摘    要：为了研究喷铝涂层对碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)结构的雷击防护(LSP)性能,开展了实验和数值仿真研究。对未防护CFRP材料开展的雷击过程观测、损伤测试及超声C扫描检测结果表明:雷电流直接效应会对CFRP造成明显的可见损伤,且焦耳热效应会在雷电流注入到材料中后持续作用,引起更大范围的内部损伤;对全喷铝CFRP开展的雷击测试表明,喷铝涂层能够显著减小CFRP表面的雷击损伤面积,且涂层厚度越大,LSP效果越好。基于实验结果,采用随温度变化的材料参数建立了未防护、全喷铝及十字形喷铝3种CFRP结构的电热耦合效应仿真模型,并与实验结果进行对比,验证了仿真方法的有效性。最后,利用所建立的模型分析了雷电流A波作用下喷铝涂层的LSP性能。结果表明,当全喷铝涂层的厚度为0.19mm时,CFRP的损伤面积占比随结构的增重比达到最优;而对十字形涂层来说,雷电流传导路径所在的分支宽度应不小于20mm,非传导路径所在的分支则可根据需要尽量减小宽度。