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原文传递多重连续雷电流分量作用下碳纤维复合材料损伤计算方法

专利名称：	多重连续雷电流分量作用下碳纤维复合材料损伤计算方法
摘要：	本发明公开一种多重连续雷电流分量作用下碳纤维复合材料损伤计算方法，利用非破坏雷电流作用下得到的多重连续不间断时序中各个雷电流分量作用下碳纤维复合材料的动态阻抗曲线，外推得到预先设计的雷电损伤仿真条件下碳纤维复合材料在规定各雷电流分量参数下的各向异性电导率，作为碳纤维复合材料热电耦合模型中材料电导率的初始条件，更好地模拟碳纤维复合材料的真实雷电效应，更为准确地得到碳纤维复合材料的雷击损伤，包括雷电损伤面积和损伤深度与雷电流分量参数之间的相关关系，探究碳纤维复合材料与的雷电损伤机理，为碳纤维复合材料配方、工艺的研究及其性能提升和工程应用奠定理论基础。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安交通大学
发明人：	孙晋茹;姚学玲;陈景亮;许雯珺
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-06T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201811489506.8
公开号：	CN109738489A
代理机构：	北京市诚辉律师事务所
代理人：	范盈
分类号：	G01N27/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号西安交通大学
主权项：	1.多重连续雷电流分量作用下碳纤维复合材料损伤计算方法，其特征在于包括如下步骤： (1)、建立多重连续不间断雷电效应试验的各个雷电流分量试验平台，测试获得碳纤维复合材料在各雷电流分量作用下的准动态伏安特性曲线； (2)、对得到的碳纤维复合材料非破坏各个雷电流分量作用下的伏安特性曲线进行数值拟合，获得碳纤维复合材料阻抗或电导率与波形参数之间的数学表达式； (3)、按照预先设计的碳纤维复合材料雷电损伤仿真条件，将碳纤维复合材料的电导率按照上述步骤(3)获得的数学表达式进行外推，计算碳纤维复合材料在规定雷电流峰值的各个多重连续不间断时序雷电流A分量、Ah分量、B分量、C分量、C*分量、D分量、H分量作用下的各向异性电导率，将雷电流峰值的外推范围为几百A至200kA，作为多重连续雷电流作用下碳纤维复合材料热电耦合模型中材料电导率的初始条件； (4)、设置拟建模仿真的碳纤维复合材料层合板的铺层结构，材料的密度、比热、热导率及机械强度参数； (5)、设置碳纤维复合材料雷电损伤的仿真模型边界条件，包括环境温度、临界温度，雷击作用过程中碳纤维复合材料与周围环境的热传导及辐射系数； (6)、划分碳纤维复合材料热电耦合模型的仿真计算网格，设定注入的多重连续不间断时序雷电流分量参数，仿真计算雷电流分量与碳纤维复合材料作用过程中存在的热电效应； (7)、当碳纤维复合材料的温度升高到临界值之后，碳纤维复合材料内部树脂出现热解，随着材料热解度的增加，碳纤维复合材料的导电特性、导热特性及机械性能均会发生巨大变化，其导电特性由原来的绝缘或高阻状态转变为良导体； (8)、根据仿真计算得到的碳纤维复合材料在多重连续不间断雷电流分量作用下的温度及热解度分布，对其雷电损伤面积和损伤深度进行分析。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：雷电流分量试验平台包括雷电流分量发生电路，雷电流分量发生电路高压端与被测碳纤维试样(6)上表面电气连接，雷电流分量发生电路低压端与被测碳纤维试样(6)的下表面电气连接并接地；还包括获取被测碳纤维试样(6)上表面电压的脉冲电压取样单元(8)和获取被测碳纤维试样(6)下表面电流的雷电流取样单元(7)，脉冲电压取样单元(8)和雷电流取样单元(7)与计算机测控分析单元(9)相连。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述雷电流分量发生电路由RLC电路、CROWBA电路或L-C多链网络回路构成。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：雷电流分量试验平台包括可控直流充电电源(1)及并联在可控直流充电电源(1)上的储能电容单元(2)，可控直流充电电源(1)和储能电容单元(2)连接的高压端依次串联放电开关(3)、波形调整电阻(4)和波形调整电感(5)，波形调整电感(5)与被测碳纤维试样(6)上表面电气连接，储能电容单元(2)低压端与被测碳纤维试样(6)的下表面电气连接并接地，通过控制储能电容单元(2)、波形调整电阻(4)和波形调整电感(5)的参数获得雷电流分量。 5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于：雷电流分量试验平台电流峰值范围为几A到几十A或者几千A。
所属类别：	发明专利