CFRP层板电热作用下温度场及内应力变化

摘要

航空器用碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料结构在其服役期间会受到复杂环境作用,低强度电流引起的电热作用是CFRP复合材料结构特有的、尚未引起足够关注的损伤形式,针对这一现象,以民用航空器用CFRP复合材料层板结构为研究对象,采用试验方法和有限元分析软件ANSYS对不同直流电流强度作用下的CFRP复合材料层板温度场分布和热应力变化进行系统研究和分析.利用复合材料电热测试平台对单向层板和不同角度铺层层板在不同电流强度下的表面温度进行测试.结果表明,电流作用产生的焦耳热使CFRP复合材料层板温度迅速升高,随着电流强度增加,其温度随之增加;同时利用ANSYS有限元软件对其电热温度场模拟,获得电热温度结果与试验结果吻合良好.当电热作用达到稳态温度时,CFRP复合材料层板内部存在梯度温度;CFRP复合材料铺层方向对电热温度场大小和分布影响明显,而且电热作用下CFRP复合材料层板内应力值与电流强度具有良好的线性关系.