[發明專利]一種纖維復合材料抗雷擊損傷性能的測試裝置和測試方法

有效

• 申請號: 201310016137.1
• 申請日: 2013-01-16
• 公開（公告）號: CN103048381A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 賈玉璽;郭云力
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N27/92
• 分類號: G01N27/92
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及一種材料測試領域實驗裝置，尤其涉及碳纖維增強樹脂基復合材料的抗人工雷擊損傷性能的測試裝置和測試方法。

背景技術

隨著航空制造技術的不斷發展，無論軍用飛機還是民用飛機都大量地使用了復合材料，尤其是高性能碳纖維復合材料，在“夢幻客機”波音787中復合材料用量更是高達50%。與傳統金屬材料相比，復合材料具有比強度和比模量高、密度低、可設計性強、抗疲勞性和耐腐蝕性好等性質，越來越多地被應用于航空航天工業中。

雷電是一種極具破壞力的自然現象。一般來說，1架飛機平均每3000飛行小時就有1次遭雷擊的機會，尤其是在多雷雨地區。飛機遭受雷擊的報道屢見不鮮。防雷性能和抗雷擊損傷性能是飛機研發和生產中必須考慮的重要因素之一。

為了提高飛機的綜合性能，減少飛機重量，現代大型客機越來越多地使用了先進復合材料。復合材料構件的大量使用明顯地提高了飛機的綜合性能，但是復合材料的導電性和導熱性比金屬材料差，且呈現各向異性的特點，雷擊過程中釋放的電流不能及時通過放電刷消除，滯留在復合材料構件上的電荷有可能沖過絕緣間隙，沖向導體，產生火花，甚至接觸油箱而燃燒爆炸，使得飛機遭遇雷擊后造成事故的可能性增大，因此復合材料構件的雷擊防護問題引起了人們的特別關注。為了提高飛機安全性，復合材料的抗人工雷擊損傷性能的測試成為了重要課題。任何新型復合材料在飛機上應用前都必須經過雷擊測試，波音、空客等飛機制造商都有復雜的雷擊模擬與測試設備。在“大型飛機”國家重大專項以及材料技術“結構功能復合化”發展趨勢的大背景下，對碳纖維復合材料進行抗人工雷擊損傷性能測試，有助于改善其導電導熱性能和材料設計，保證其在飛機上應用的安全性。

雷電是瞬間放電現象，電壓極高（幾十萬伏），電流極大（幾萬安培），破壞作用強，實驗室和飛機制造商通過高電壓或高電流發生設備來人工模擬自然界的雷擊過程，用來測試復合材料的抗雷擊能力，以此改善材料性能。人工模擬材料遭受雷擊過程需要兩部分實驗裝置：人工雷電發生設備（例如，沖擊電壓發生器SJTU-3000kV）和試樣測試裝置。沖擊電壓發生器和沖擊電流發生器可產生符合IEC60060-1、IEC61000-4-5、DL/T848.5-2004、GB/T311、GB/T16927.1-1997等標準的人工模擬雷電，用于材料和器件雷擊測試。人工模擬雷電會產生高電壓或高電流，實驗的危險性高、特殊性強，不能使用傳統的固定和支撐機構、導電電路、絕緣防護機構、測試儀表等組成的測試裝置。為了充分保障安全性，設計一種可靠、方便的碳纖維復合材料的抗人工雷擊損傷性能的測試裝置顯得十分必要。

發明內容

本發明為解決上述技術問題，提供一種碳纖維復合材料的抗人工雷擊損傷性能的測試裝置和測試方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的碳纖維復合材料的抗人工雷擊損傷性能的測試裝置，包括絕緣支架、引雷針和人工雷電發生設備，在絕緣支架的頂部設有上絕緣防護板、底部設有下絕緣防護板，在下絕緣防護板的上表面上設有導流板，所述的引雷針的一端穿過上絕緣防護板，伸入到電弧附著塊的上方，引雷針的另一端與人工雷電發生設備相連，且連接的電路上設有電流測量儀，所述的導流板上面設電弧附著塊，所述的導流板、電弧附著塊均接地，所述的電弧附著塊與接地端之間設有第一電壓測量儀；且電弧附著塊與人工雷電發生設備連接，且連接線路上也設有第二電壓測量儀，所述的人工雷電發生設備與第三電壓測量儀并聯。

所述的導流板承載碳纖維復合材料試樣，在碳纖維復合材料試樣上粘結電弧附著塊，從電弧附著塊上引出導線以測試電壓，同時使導流板可靠接地。

所述的絕緣支架上設有可視窗口，與可視窗口相對應的位置設有CCD攝像機，且所述的CCD攝像機設于絕緣支架的外面。

所述的引雷針穿過上絕緣防護板的部分套有絕緣膠管。

所述的引雷針放電產生電弧，電弧由碳纖維復合材料試樣上的電弧附著塊接收，并傳遞給待測復合材料試樣。

所述的上、下絕緣防護板的中心加工有通孔。

所述的導流板和引雷針均采用導電和導熱性好的純銅材料，電弧附著塊采用純銀材料，定距塊用不銹鋼材料。

所述的絕緣膠管采用的材料是聚氨酯彈性體。

所述的上絕緣防護板、下絕緣防護板、絕緣支架，都采用高強度環氧樹脂或酚醛樹脂材料。

利用所述的裝置進行碳纖維復合材料的抗人工雷擊損傷性能測試，包括如下步驟：

（1）準備試驗裝置

（1-1）將下絕緣防護板放置在實驗臺上，依次放置導流板和絕緣支架。