[發明專利]一種復合材料雷擊燒蝕損傷仿真分析的新方法

在審

• 申請號: 201811263958.4
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN111104726A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 盧翔;單澤眾;趙淼;曾瓊芝;郭濤
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

飛機遭受雷擊事故自研發之初起就已經出現，而隨著民航與軍用飛機的發展，飛機所需航時、航線逐年增加，其遭受雷擊事件更加頻繁。此外，復合材料具有極低的導電性，其在飛機上的大量使用，易導致災難性事故，極大地威脅民航飛機運營安全。基于此，本專利提出了一種改進仿真分析方法，分析雷擊電流作用復合材料會產生損傷程度，如圖1所示為分析的流程圖。目前，國內外研究主要以實驗為主，但實驗成本較高。因此，國內外學者分別以仿真的方法研究復合材料燒蝕損傷，但分析結果差別較大，具有一定的誤差。本專利采用ABAQUS軟件，通過改進的仿真方法，結果發現其仿真結果更接近實驗結果，證明該改進方法的準確性。

技術領域

本發明屬于軟件仿真技術領域，特別是涉及一種復合材料雷擊燒蝕損傷分析領域。

背景技術

飛機遭受雷擊事故自研發之初起就已經出現，而隨著民航與軍用飛機的發展，飛機所需航時、航線逐年增加，其遭受雷擊事件更加頻繁。此外，復合材料具有極低的導電性，其在飛機上的大量使用，易導致災難性事故，極大地威脅民航飛機運營安全。目前，國內外研究復合材料雷擊損傷主要以實驗為主，但實驗成本較高。因此，國內外學者分別以仿真的方法研究復合材料燒蝕損傷，但分析結果差別較大，具有一定的誤差。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種仿真方法，減小復合材料雷擊損傷的仿真與實驗誤差。

為了達到上述目的，本發明提供的一種改進復合材料雷擊損傷仿真方法。采用ABAQUS軟件，通過溫度疊加法分析復合材料雷擊燒蝕損傷情況。所述的ABAQUS軟件是由達索(dassault)公司研發的一款數值仿真軟件，其通過數值計算和圖像顯示的方法，達到對工程問題、物理問題及自然界各類問題的研究，結果準確、節約成本及時間。所述的溫度疊加法是通過逐步施加電流的方法，將上一步的溫度場以預定義場的形式加載，施加電流，復合材料繼續由電生熱，溫度與預定義場溫度疊加，從而獲得該步電流施加后的溫度場分布。基于此原理，直到電流施加完成。

所述的復合材料為飛機上常用的碳纖維增強樹脂基材料，其由碳纖維與增強樹脂組成。所述的碳纖維(carbon fiber，簡稱CF)，是一種含碳量在95％以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內剛”，質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。所述的纖維增強樹脂基復合材料常用的樹脂為環氧樹脂和不飽和聚酯樹脂。目前常用的有：熱固性樹脂、熱塑性樹脂，以及各種各樣改性或共混基體。熱塑性樹脂可以溶解在溶劑中，也可以在加熱時軟化和熔融變成粘性液體，冷卻后又變硬。熱固性樹脂只能一次加熱和成型，在加工過程中發生固化，形成不熔和不溶解的網狀交聯型高分子化合物，因此不能再生。復合材料的樹脂基體，以熱固性樹脂為主。

所述的燒蝕損傷為復合材料由于極低的導電性，雷擊電流附著在復合材料表面會形成極大的溫度梯度。當溫度達到250℃時樹脂基開始融化；當溫度到達600℃時，樹脂完全融化；隨著溫度進一步升高，樹脂汽化；當溫度達到3316℃時，碳纖維開始升華；當溫度達到3316℃以上時，復合材料被燒蝕掉。因此，復合材料狀態由于隨溫度發生改變，其材料屬性也隨著溫度而發生改變。

所述的雷擊電流包括A波形、B波形、C波形、D波形。其中A波形、B波形、D波形可通過雙指數波形表示，C波形一般為矩形波，其幅值在200A～800A之間，轉移電荷量一般為200C，由于A波形雷擊電流對復合材料雷擊燒蝕損傷影響最大，因此，國內外學者在研究復合材料雷擊燒蝕損傷以A波形為主，本專利研究A波形雷擊電流對復合材料雷擊燒蝕損傷。雷擊電流附著在復合材料表面時，不是單點接觸復合材料表面，是以5mm雷擊半徑的通道的形式接觸復合材料表面。