复合材料层合板雷击烧蚀损伤模拟

 为解决复合材料层合板的雷击烧蚀问题,通过复合材料层合板雷电流烧蚀的热-电-结构耦合分析,建立复合材料层合板烧蚀的三维有限元模型。利用删除单元法模拟复合材料层合板在不同脉冲波形雷电流作用下的冲击响应,进行复合材料层合板雷击损伤机理和损伤模式分析,得出了复合材料层合板在不同脉冲波形和峰值雷电流作用下的瞬态热传递和热烧蚀规律。分析了不同雷电流参数对烧蚀结果的影响。结果表明峰值电流、放电量和比能对复合材料层合板的烧蚀尺寸和内部损伤产生很大的影响。     

含铜网复合材料雷电流直接效应实验研究

为了研究铜网防护层对复合材料的雷击防护效果,采用两种不同雷电流波形,对不同尺寸含铜网(0.25 mm厚)与无铜网防护复合材料试件进行模拟雷电流冲击实验,通过目视损伤观察、光学显微镜放大、超声损伤扫描,对比分析复合材料的雷击损伤程度及特征。结果表明:雷电流波形1,峰值电流分别为50 k A和80 k A时,Type1(150 mm×100 mm)型试件无铜网防护下复合材料的雷击损伤面积和深度分别为1785 mm~2,0.63 mm和3041 mm~2,0.96 mm,而含铜网防护试件基本无损伤;雷电流波形2,峰值电流为40 k A时,Type 2(250 mm×45 mm)型试件无铜网防护下的雷击损伤面积和深度分别为2156.75 mm~2,0.36 mm,而含铜网防护试件损伤面积小于100 mm~2,里层还未损伤;0.25 mm铜网能够承受的最大雷电流强度存在一个门槛值,该门槛值可用作用积分来表示,雷击防护效果与试件尺寸无关,仅与作用积分有关,其对应作用积分门槛值约为85218 A~2·s。     

复合材料雷击防护电热耦合模型

为了研究复合材料雷击防护(lightning strike protection,LSP)系统在雷电流作用下的损伤规律,基于雷击过程中的能量守恒关系,建立复合材料层合板雷击防护的电-热耦合数学模型。在此基础上,在ABAQUS中建立铝涂层防护的碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)层合板雷击烧蚀损伤有限元模型,并对雷击烧蚀损伤进行分析,和实验结果对比验证仿真的有效性,得出复合材料层合板在不同峰值雷电流、不同组合波形和不同铝涂层厚度雷电流作用下的烧蚀损伤规律。结果表明:铝涂层厚度相同时,峰值电流从50kA 增大到100kA时,复合材料层合板损伤面积约增大 1.5 倍;10/350波形50 kA峰值雷电流作用下,基准件的损伤面积约为0.05 mm厚度铝涂层防护系统下复合材料损伤面积的4倍。     

4211环氧树脂体系性能研究

对4211环氧树脂体系的化学性能和物理性能进行系统的研究,通过差示扫描量热仪(DSC)测试固化反应特性,利用流变仪分析成型工艺特性,通过动态热机械分析(DMA)研究树脂体系在不同固化工艺下的耐热性能,并通过力学试验机测试固化后树脂体系的力学性能.结果表明:4211环氧树脂体系具有较好的工艺性,固化物具有较高的耐热性能,表现为刚脆特性,断裂伸长率为1.1％;与M40高模量碳纤维的匹配性较好.     

碳纤维复合材料基体改性/铜网组合雷击防护性能的研究

传统碳纤维复合材料（CFRP）树脂基体导电性差易遭受雷击损伤,本文使用石墨烯-镀镍碳纤维粉作为导电填料,对树脂基体进行电导率改性,并在表面铺设铜网,进行模拟雷电流冲击试验,检验基体改性/铜网组合雷击防护效果。试验结果表明,树脂基体改性后CFRP层压板在0°、90°纤维方向及厚度方向电导率分别为1.1571×10⁴、1.0871×10⁴、204.2 S/m,分别提高1.54倍、1.16倍、433.47倍。200 kA模拟雷电流A波冲击下,无防护试件雷击附着后明火燃烧,次生效应持续,而单一铜网防护和组合防护则能抑制次生效应;无防护表面最大损伤直径14.62 cm,此能量下铜网被击穿,单一铜网防护表面最大损伤直径19.05 cm,而组合防护表面最大损伤直径8.93 cm,下降53.12%;相比无防护试件,单一铜网和组合防护内部损伤面积分别下降66.2%和96.7%。单一铜网击穿后,树脂烧蚀后产生汽化反冲,增大损伤铜网脱落面积;组合防护铜网击穿后,改性树脂迅速导走电流,减小铜网脱落和内部烧蚀面积。     

复合材料修补片热固化方法研究

为了研究基于电加热的树脂基复合材料修补片热固化方法是否比传统热补仪加热的热固化方法更优越,本文采用Abaqus有限元分析方法,对基于电加热和传统热补仪加热的复合材料修补片结构模型固化过程进行了数值模拟,分析了两种热固化过程中树脂基复合材料的热应力场。最后通过实验方式固化复合材料修补片,并通过傅里叶红外光谱进行对比分析。对比结果表明：基于电加热的树脂基复合材料热固化方法加热更均匀,使得复合材料在固化过程中热应力的变化趋势更加平缓,减少了热应力集中的现象,从而提高了树脂基复合材料的热固化质量,优化了复合材料的热固化技术,还为电加热热固化技术的进一步研究奠定了基础,为更深入研究提供了可能。     

碳纤维复合材料电导率改性与抗雷击性能

传统碳纤维复合材料(CFRP)中的树脂基体电阻率大,在强电流下会产生大量阻性热从而造成损伤,增强其电导率能够有效提高CFRP的雷击防护性能。在树脂基体中添加银粉颗粒进行电导率改性,通过有限元仿真分析银粉含量对雷击防护性能影响,确定CFRP基体中的最佳银粉含量为38%。沿厚度方向电导率的改性效果最佳,提高了217.3倍。使用不同峰值的D波形雷电流对改性CFRP层压板进行模拟雷击实验,并对未改性以及表面铺设铜网的层压板进行相同能级的对照实验,通过目视损伤观察和透视超声扫描比较损伤特征和损伤面积,评估基体改性CFRP的抗雷击性能。结果表明:基体改性可以阻碍表面铺层被击穿,降低纤维断裂翘曲以及分层损伤;峰值电流20 kA、40 kA和60 kA下,铜网防护能使雷击透视损伤面积分别下降100%、86.61%和37.46%,基体改性整体防护能使雷击透视损伤面积分别下降84.02%、81.03%和40.91%。     

不同喷铝参数对复合材料雷击防护性能模拟

为了研究复合材料不同的雷击防护(lightning strike protection,LSP)系统在雷电流作用下的损伤规律,对雷击损伤过程和烧蚀机理进行分析,建立复合材料层合板雷击防护的能量平衡数学模型。在此基础上,在ABAQUS中建立复合材料基准件、全喷铝和局部喷铝防护系统的碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)层合板电-热耦合有限元模型,和实验结果对比验证模型的有效性,对雷击烧蚀损伤特征进行分析,并引入雷击烧蚀损伤指数DI,得出三种不同模型在不同铝涂层厚度、不同峰值雷电流作用下的烧蚀损伤规律,并对两种不同的局部喷铝防护系统下复合材料的损伤特征进行对比分析。结果表明:雷击防护系统下复合材料的烧蚀损伤面积和铝涂层厚度关系进行函数拟合,两者均满足幂函数关系。     

简讯

先进复合材料用导电材料和工艺技术研究课题通过鉴定　　日前 ,由中国航空工业制造工程研究所承担的“先进复合材料用导电材料和工艺技术”课题通过了中国航空工业第一集团公司组织的技术鉴定。该课题研究的镀镍碳纤维、ＱＹ8911导电树脂和模具喷铝固化转移技术是解决飞机复合材料结构电磁兼容和雷电防护的有效途径之一。其中镀镍碳纤维、ＱＹ8911导电树脂复合材料既可满足飞机复合材料结构电磁兼容和Ｄ +Ｂ +Ｃ雷击防护的要求 ,又可作为功能材料参与结构承载 ,实现结构 /电磁兼容功能一体化(屏蔽效果 >2ＧｄＢ) ;模具喷铝固化转移工艺技术…     

改性聚芳基乙炔树脂性能研究

通过添加改性剂得到了改性聚芳基乙炔树脂，对树脂和树脂固化物分别进行了差热扫描热分析(DSC)和热重分析(TG)。通过对复合材料的纤维单丝界面剪切强度和层间剪切强度测试，研究了树脂与碳纤维的界面结合性能，并对编织织物增强的改性聚芳基乙炔树脂基体复合材料进行了烧蚀试验。结果表明，改性聚芳基乙炔树脂固化放热减小，而基本不影响其树脂传递模塑(RTM)工艺性和耐高温性能，明显改善了与碳纤维的界面性能，复合材料的界面剪切强度提高了40％-50％，层间剪切强度提高了将近一倍；烧蚀性能与未改性树脂基本相当。     

聚氨酯增韧改性 PISOX 树脂及其复合材料的性能

利用MDI与PTMG-2000制备聚氨酯预聚体,对聚(异氰脲酸酯-噁唑烷酮)树脂(PISOX)进行增韧改性:考察不同I/E、不同预聚体添加量的树脂浇铸体力学性能的变化;并对最优配方进行复合材料力学性能测试和DMTA测试,比较改性前后复合材料力学性能和耐热性能的变化;利用SEM观察改性前后微观形态的变化,推测增韧机理。结果表明,I/E=1.8、添加15%预聚体时树脂浇铸体综合力学性能最优,弯曲强度、弯曲模量、冲击强度分别为60.92 MPa、2 295 MPa、6.40 k J/m2;利用该基体制备复合材料,具有比未改性体系更优异的力学性能和界面性能,且聚氨酯预聚体的引入对树脂在高温下的耐热性能没有明显影响,其玻璃化转变温度均在258℃左右;对比改性前后体系固化物的微观结构,改性后的体系呈两相结构,橡胶相起到吸收冲击能和终止裂纹的作用,有效地提高了材料的韧性。     

直升机防雷击措施研究

根据雷电附着特性和传递特性将直升机的雷击附着区划分为三个区,对每个雷击附着区的雷击强度及受影响程度进行了详细分析,并提出了相应的防雷击措施.     

树脂比热容对复合材料固化过程数值模拟的影响

在对热固性树脂基复合材料固化过程进行数值模拟时,通常取固化后树脂的比热容作为整个固化过程中树脂的比热容,这将会为结果带来较大的误差.但是由于固化放热的影响,树脂固化过程的比热容测试难以进行.本工作对此进行了研究,提出了一种假设:即以凝胶点为分界点,凝胶点前随着固化度的增大,比热容由未固化树脂的比热线性减小到凝胶点时与固化完全后的树脂相同;凝胶点后采用固化完全树脂的比热.模拟的结果与实测值具有良好的一致性.     

树脂基复合材料制造过程温度变化模拟研究

本文在树脂基复合材料树脂基体固化动力学研究的基础上,将固化反应热通过固化反应动力学方程引入热传导方程,模拟实际工艺条件建立了复合材料固化过程的温度分布模型,将模拟计算值和实际测量值进行了比较,发现所建立的复合材料制造过程温度分布模拟技术可以准确模拟环氧和双马复合材料在制造过程中的温度变化.     

碳纤维复合材料雷击损伤的瞬态红外热成像检测

通过雷电模拟,对复合材料层合板试样进行雷击损伤试验。基于热扩散原理,针对不同的雷击试验件,采用波形为长脉冲形式的瞬态热激励方式对雷击损伤进行红外热成像检测,并对不同时刻的检测结果进行分析、比较,对缺陷轮廓进行界定,对结果进行定量测量。检测结果表明,无论是否对碳纤维复合材料表面进行防护,瞬态红外热成像方法均能够有效检测出雷击后的内部分层损伤,可对损伤的严重程度进行有效区分,能够对缺陷尺寸、面积进行准确测量。     

T700S/QY8911复合材料界面匹配研究

利用热熔法预浸料,采用热压罐固化工艺制备了T700S/QY8911复合材料.首先考察了QY8911双马树脂的黏温特性,然后通过表面张力与接触角测定、界面剪切强度测试、吸湿前后玻璃化转变温度测定、复合材料基本力学性能测试及断口形貌分析等方法综合考察了T700S/QY8911复合材料的界面匹配性.结果表明:QY8911树脂...     

有机锡化合物催化氰酸树脂的性能

采用有机锡化合物作为氰酸酯树脂的固化反应催化剂,评价了催化剂对固化树脂的力学性能、耐热性、吸水率以及对复合材料力学性能的影响。结果表明加入有机锡催化剂后,氰酸酯固化树脂和复合材料具有优良的性能,其中固化树脂的弯曲强度为124MPa,冲击强度为12 6kJ/m²,玻璃化转变温度为258℃,复合材料的弯曲强度为742 6MPa,层间剪切强度为72 3MPa。这表明在有机锡化合物的催化作用下,氰酸酯充分表现出了高性能树脂基体的特性,同时也说明有机锡是氰酸酯固化反应的有效催化剂。     

复合材料电导率对雷击烧蚀损伤程度的影响

根据雷击过程中能量转换关系,建立基于热-电耦合的复合材料雷击烧蚀损伤分析模型,该模型考虑了复合材料电导率随热解度的变化。通过该模型,对比复合材料三个方向电导率多个数量级变化后的雷击烧蚀损伤。结果表明:在相同雷电流参数下,复合材料沿不同方向的电导率变化对雷击烧蚀损伤影响程度不同;沿纤维方向电导率提升,表观损伤面积和损伤深度均下降;垂直于纤维方向电导率提升,表观损伤面积增加,损伤深度下降;沿厚度方向电导率提升,表观损伤面积下降,损伤深度增加;三个方向任一电导率提升,复合材料总体的损伤体积均下降,当各方向上的电导率分别提高1、2、3个数量级,损伤体积影响程度最大的是沿纤维方向变化,分别降低47.83%、75.08%和97.82%,沿厚度方向变化影响程度次之,分别降低36.25%、53.44%、65.54%,垂直于纤维方向影响程度最小,分别降低8.72%、12.58%和24.76%;提高复合材料电导率,能够对雷击防护起到明显作用,对于防雷击效果的全面评估需要二维损伤和三维损伤相结合。     

飞机新型抗雷击复合材料研究进展

复合材料导电性差,一旦遭受雷击,便会产生严重的损伤.随着复合材料在飞机上的用量越来越大,如何对复合材料进行雷电防护,保证飞机遭遇雷击后能够继续安全飞行,成为飞机设计中的一个难点.文中首先分析了复合材料在雷击时的损伤机理,之后介绍了近几年来新型的复合材料雷电防护方法,并结合上述方法,为新型飞机复合材料雷电防护提出了建议.     

飞机复合材料雷击防护层设计与应用

结合复合材料自身的弱导电性特点,通过在其表面增加导电功能层的方式解决复合材料的防雷击问题.设计了复合材料表面火焰喷涂铝涂层、粘接铝箔网及粘接铝箔三种雷击防护层形式,并对三种防护层的制备工艺特点、导电性及适用性进行了研究和分析.结果表明:以上三种雷击防护层显著地提高了复合材料的导电性并具有很好的适用性.