电阻率对碳纤维复合材料雷电损伤特性影响

摘要

目前航空器制造领域正在越来越多的使用新型复合材料代替传统的金属材料，但复合材料结构在遭受雷击时损伤程度更加严重，这对航空器的安全飞行造成了严重威胁，研究碳纤维复合材料的雷电损伤及相关防护问题变得十分重要。电阻率是碳纤复合材料雷电热损伤的重要内因，本文以此为出发点研究碳纤维复合材料雷电损伤特性。
　　本文首先介绍了碳纤维丝束、碳纤维预浸料、碳纤维复合材料层压板的电阻率测量方法并选择试验件进行电阻率的测量。选择碳纤维/树脂含量、防护改性方式两种影响碳纤维复合材料电阻率的因素进行研究，对复合材料试验件进行雷电流直接效应试验，获得雷电损伤阈值、损伤面积、损伤深度等数据，研究其雷电损伤特性。随后利用有限元仿真软件ANSYS建立碳纤维复合材料层压板模型，针对以上两种因素进行热电耦合仿真进一步分析碳纤维复合材料电阻率因素对复材雷电损伤特性的影响。主要结论如下:
　　(1)四电极法测量碳纤维预浸料、碳纤维复合材料电阻率可以减小接触电阻对测量结果的影响，碳纤维预浸料电阻率与纤维编织方式有关，碳纤维复合材料电阻率在纤维轴向电阻率较低而厚度方向表现为大电阻特性，二者相差可达数个数量级。
　　(2)在无任何防护情况下，碳纤维复合材料遭受雷击时极易产生损伤，随着电流峰值提高，损伤延伸纤维方向扩展。碳纤维含量越高在一定条件下能提高复合材料导电能力，减小雷电损伤面积与损伤深度。
　　(3)碳纤维复合材料电阻率是影响其雷电损伤特性的重要内因，碳纤维复合材料的防护改性能够降低电阻率，加速雷电能量耗散，提高复合材料耐受电阻热的能力从而改善其抗雷击性能。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．1．1 雷电对航空器的危害及相关防护要求

1．1．2 复合材料雷电损伤与防护

1．2 研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要工作

第二章 碳纤维复合材料电阻率特性研究

2．1 引言

2．1．1 碳纤维复合材料导电原理

2．1．2 电阻率影响因素

2．2 碳纤维电阻率测量

2．3 碳纤维预浸料电阻率的测量

2．3．1 测量方法

2．3．2 试验件与测量结果

2．4 碳纤维复合材料电阻率的测量

2．4．1 测量方法

2．4．2 试验件与测量结果

2．5 本章小结

第三章 碳纤维复合材料雷电损伤试验

3．1 T300／5228A碳纤维复合材料雷电直接效应试验

3．1．1 试验件与试验回路

3．1．2 试验波形

3．1．3 结果与讨论

3．2 防护改性的碳纤维复合材料雷电直接效应试验

3．1．1 试验件与试验回路

3．2．2 试验波形

3．2．3 结果与讨论

3．3 本章小结

第四章 碳纤维复合材料雷电损伤仿真

4．1 引言

4．2 有限元电热偶合仿真

4．2．1 电热偶合分析

4．2．2 碳纤维／树脂含量因素仿真

4．2．3 防护改性防护因素仿真

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况