碳纖維樹脂基復合材料電熱損傷溫度場研究

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1、第3l卷第2期2013年4月中國民航大學學報JoURNALoFCIVILAVIATIoNUNIVERSITYoFCHINAVol_3lNo．2A曲12013碳纖維樹脂基復合材料電熱損傷溫度場研究韓志勇，王曉梅，左進奎，王志平(中國民航大學天津市民用航空器適航與維修重點實驗室，天津300300)摘要：為了研究碳纖維樹脂基復合材料(CFRP)電熱損傷過程中的溫度場分布問題，使用電熱損傷測試系統(tǒng)測試了碳纖維樹脂基復合材料通電后的表面溫度分布并使用ABAOUS軟件對碳纖維樹脂基復合材料直接通電過程進行了模擬。

2、結(jié)果表明，實驗值與模擬結(jié)果吻合性較好，在4A、6A、8A電流作用下，CFRP表面溫度隨時間基本呈線性增加．在160s左右達到穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定溫度分別為162℃、177℃和195℃并且不隨通電時間而變化。說明該測試系統(tǒng)和計算模型可以正確處理CFRP通電后溫度場問題，為復合材料電熱損傷合理選取通電參數(shù)提供理論依據(jù)=關(guān)鍵詞：復合材料：電熱損傷；溫度場模擬中圖分類號：TGl72．6：‘rGl32文獻標志碼：A文章編號：1674—5590(2013)02一0063—04Researchontemperaturef

3、ieldofCFRPelectric—thermaIdamageHANZht一’ong，WANGXt∞一met，ZUo蠢n—kui，WANGZhi—p流g(死咖加‰y￡n60心o，)’加c刪A沁呦Ainclo療^i舢ss帆d訛i凡拋n覦ce，酗uC，扎耐眈300300，吼inn)Abstract：InordertostudythetemperatuI℃6elddislributionoftheCarbonFiberRehlforcedPolymer(CFRP)ma【enal，therelationof

4、temperafureanddirectcurrenlhavebeeninvestigatedonelectric—the珊aldamagedetectionsystem．ABAQUSsoftwareisusedtosimulatethedirectelectri6cationpmcessofCFRPbasedoncurrentheatingtheory．a(chǎn)ndthetemperaturefielddistributioncontourp101andtemperaturechangescurvesof

5、characteristicpointsunderdifkrentcurrentsareobtained．By(-ontrastoftheexperimentalandstimulantresults，fineconsistencyisreached．SurfacetemDeratureincreaselinearlywiththecu玎en“ncreasefmm4Ato6Aand8Aandreachstabilizationafter160swhilethetemperatureis162℃、177

6、ocand195℃respectively．ItshowsthafthedefectionsystemandsimulationmodelscouIdcoITecclypr℃dictthetemperature6eIdofcuITentheacingdisposingandpmVidetheoryevidencefbrselectingcurrentheatingdisposingparametersreasonably．Keywords：CFRP；the丌nal—electricdamage；tem

7、peraturefieldnumericalsimulation碳纖維樹脂基復合材料(CFRP)具有優(yōu)異的力學性能，比強度、比剛度高，疲勞性能良好，在飛機結(jié)構(gòu)中得到了日益廣泛的應用與研究。飛機在長期服役過程中其結(jié)構(gòu)會受到各種各樣的損傷。復合材料結(jié)構(gòu)主要損傷形式有濕熱損傷、紫外損傷、機械沖擊損傷和電熱損傷。前3種損傷一直受到國內(nèi)外科技界和企業(yè)高度重視，而對電熱損傷的研究與評價近年來才受到人們的關(guān)注【l-21。電熱損傷主要有3種形式：①短時間強電流(kA量級)的閃電損傷；②長時間低電流(A量級)的電熱損傷

8、；③靜電損傷。國內(nèi)外學者對閃電損傷進行了廣泛的研究[3-51。由于cFRP電阻系數(shù)為6×103Q·cm，大約是鋁的2000倍，當電流通過材料內(nèi)部時，會導致局部升溫，致使cFRP部件受到熱損傷，力學性能可能大幅下降㈣。由于目前還沒有相應的電熱損傷無損檢測技術(shù)，所以這種損傷具有極大的隱蔽性，給飛機安全飛行帶來極大的隱患。隨著CFRP在飛機結(jié)構(gòu)中的應用規(guī)模越來越大，其電熱損傷已成為科學研究的難點和熱點問題M引。1實驗方法、方案和計算原理與模型1．1實驗方法和方