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原文传递非破坏雷电流分量作用下碳纤维复合材料温度特性测量、校准方法和测试系统

专利名称：	非破坏雷电流分量作用下碳纤维复合材料温度特性测量、校准方法和测试系统
摘要：	本发明公开一种非破坏雷电流分量作用下碳纤维复合材料温度特性测量、校准方法和测试系统，采用瞬态温度测试单元在线监测雷电流分量作用下被试碳纤维复合材料层合板的温度变化，以及采用碳纤维复合材料的热电耦合模型计算温度特性；分析碳纤维复合材料测量和计算两种温度特性方法之间的差异，用得到的被试碳纤维复合材料层合板的非线性电导特性作为调控量，对碳纤维的热电耦合模型进行调控，得到被试碳纤维复合材料层合板的计算温度特性与温度测试仪测试的温度特性相接近的结果，为高强度雷电流分量作用下被试碳纤维复合材料层合板雷电直接效应的热电耦合模型的建模、计算结果和雷电损伤的机理研究提供基础理论支撑。
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：	姚学玲;孙晋茹;陈景亮;李亚丰
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-06T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201811489481.1
公开号：	CN109781777A
代理机构：	北京市诚辉律师事务所
代理人：	范盈
分类号：	G01N25/20(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
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.非破坏雷电流分量作用下碳纤维复合材料温度特性测量系统，其特征在于：包括可控雷电流分量发生电源(1)、可控雷电流分量发生电源(1)的控制和测量单元(2)、瞬态温度测试单元(3)、热电耦合仿真计算平台(4)、脉冲电压传感器(6)和脉冲电流传感器(7)；被试碳纤维复合材料层合板(5)两端分别引出两对电气连接线，可控雷电流分量发生电源(1)一输出端通过一侧的电气连接线与被测试品被试碳纤维复合材料层合板(5)的一端连接，可控雷电流分量发生电源(1)的另一输出端通过另一侧的电气连接线与被试碳纤维复合材料层合板(5)另一端相连并接参考地，脉冲电压传感器(6)两端分别与被试碳纤维复合材料层合板(5)两侧的另外两根电气连接线相连，脉冲电流传感器(7)套接在被试碳纤维复合材料层合板(5)与可控雷电流分量发生电源(1)低压端的电连接线上，脉冲电压传感器(6)和脉冲电流传感器(7)的输出端与可控雷电流分量发生电源(1)的控制和测量单元(2)相连；采用瞬态温度测试单元(3)在线监测雷电流分量作用下被试碳纤维复合材料层合板的温度特性，同时采用热电耦合仿真计算平台4计算雷电流分量作用下被试碳纤维复合材料层合板的温度特性。 2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于：所述瞬态温度测试单元(3)采用红外热像测量仪。 3.基于权利要求1测量系统的非破坏雷电流分量作用下碳纤维复合材料温度特性测量、校准方法，其特征在于包括以下步骤： 1)、将被试碳纤维复合材料层合板(5)接入可控雷电流分量发生电源(1)中； 2)、在试验电流范围内设置多个电流幅值点，即I＝Ij(j＝1,2……n)； 3)、启动控制和测量单元(2)按照设定的放电电流幅值I1，控制可控雷电流分量发生电源输出预设放电电流值，规定波形、幅值电流为I1的雷电流流过被试碳纤维复合材料层合板(5)； 4)、采用瞬态温度测试单元(3)在线测量雷电流I1条件下被试碳纤维复合材料层合板的温度特性； 5)、建立被试碳纤维复合材料层合板的热电耦合模型并计算雷电流I1下碳纤维复合材料的温度特性； 6)、继续控制可控雷电流分量发生电源(1)输出下一个电流值I2流经被试碳纤维复合材料层合板(5)，重复上述过程步骤4)和步骤5)，……直到获得雷电流In作用下瞬态温度测试单元(3)测量结果和碳纤维复合材料热电耦合模型的计算结果； 7)、根据雷电流I1……In作用下瞬态温度测试单元(3)测量结果和热电耦合模型的计算数据，进行对比分析，得到测量结果与计算结果的差异； 8)、如果差异大于5％，则根据碳纤维复合材料的非线性电导对热电耦合模型进行调控，重新进行热电耦合模型的计算，直到计算结果与瞬态温度测试单元(3)测试的温度特性差异不大于5％为止。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于碳纤维复合材料的非线性电导特性的测试方法如下： 2.1)、将被试碳纤维复合材料层合板(5)接入雷电流分量发生电源中； 2.2)、在试验电流范围内至少设置(5)个电流幅值点，即I＝Ij(j＝1,2……n)，n至少为5； 2.3)、控制和测量单元(2)按照设定的放电电流幅值I1，控制可控雷电流分量发生电源输出预设放电电流值，规定波形、幅值电流为I1的雷电流流过被试碳纤维复合材料层合板(5)； 2.4)、被试碳纤维复合材料层合板(5)两端的脉冲电压和流经的雷脉冲电流通过脉冲电压传感器和脉冲电流传感器提取，并输至控制和测量单元(2)进行数据分析处理，得到被试碳纤维复合材料层合板(5)两端的电压U1及放电电流I1的值； 2.5)、继续控制可控雷电流分量发生电源(1)输出下一个电流值I2流经被试碳纤维复合材料层合板(5)，将脉冲电压和流经的雷脉冲电流通过脉冲电压传感器和脉冲电流传感器提取，并输至控制和测量单元(2)进行数据分析处理，得到被试碳纤维复合材料层合板(5)两端的电压U2及放电电流I2的值，重复步骤2.5)……，直到得到被试碳纤维复合材料层合板(5)两端的电压Un及放电电流In为止； 2.6)、将得到的一组电流-电压值(I1，U1)、(I2，U2)……(In，Un)数据拟合得到被试碳纤维复合材料层合板(5)的非线性电导曲线，得到碳纤维复合材料层合板(5)的非线性电导特性。 5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤5)中建立被试碳纤维复合材料层合板的热电耦合模型过程是： 3.1)、设置碳纤维复合材料层合板的初始电导率以及铺层结构、材料的密度、比热、导热率和机械强度参数； 3.2)、设置碳纤维复合材料热电耦合仿真模型的边界条件，包括环境温度以及非破坏雷电流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； 3.3)、划分碳纤维复合材料热电耦合模型的仿真计算网格，设定注入雷电流分量的参数，计算雷电流与碳纤维复合材料作用过程中存在的热电效应得到雷电流作用下碳纤维复合材料的温度特性。 6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中在试验电流范围内设置至少5个电流幅值点，即I＝Ij(j＝1,2……n)，n≥5。
所属类别：	发明专利