基于电-热耦合模型的复合材料雷击防护优化

发布时间：2024-04-21 19:04

　　现代民航飞机设计广泛采用复合材料结构,但较之金属结构,其导电性差,在雷电环境下极易遭受雷击,导致结构破坏,给飞行安全带来严重威胁。本文采用理论分析和数值计算相结合的方法,对复合材料雷击防护系统的烧蚀损伤特征和防护性能进行了深入研究。基于麦克斯韦电荷守恒方程和能量守恒原理,通过引入参数“电位移矢量”和“金属的传热系数”,得到复合材料雷击防护的电—热耦合控制方程和能量平衡数学模型。在理论分析基础上,分别建立了全喷铝、局部喷铝和铜网防护的复合材料层合板雷击烧蚀损伤三维有限元模型,利用ABAQUS软件进行数值模拟,计算结果与文献实验结果吻合较好,进而分析得出防护层厚度和雷击电流等参数对层合板烧蚀损伤面积和损伤特征的影响规律。最后,建立了复合材料雷击防护协同优化模型,对雷击损伤面积、防护层质量和防护层烧蚀速率进行协同优化,采用遗传算法寻找最优解,收敛效果良好。研究结果对国产民机L/HIRF维修任务的选择与维修间隔的确定分析有一定的参考价值。

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1L/HIRF防护逻辑分析流程图

中国民航大学硕士学位论文35）无需选择特定的L/HIRF维修任务1）对L/HIRF防护系统进行描述，并按区域列出其失效对安全性有不利影响的L/HIRF防护部件清单，并优化清单4）L/HIRF防护措施特性对ED/AD敏感吗？是否2）列出区域内每个L/HIRF防护措施特性和可用的有效....

图2-2标准模拟雷电流波形

中国民航大学硕士学位论文18图2-1雷击烧蚀分析的流程2.4.2雷击电流载荷雷击电流波形由美国机动车工程师协会（SAE）进行直接效应实验验证后所规定，5412手册中规定雷击电流包括A波、B波、C波、D波四种，如图2-2所示[45]。图2-2标准模拟雷电流波形开始定义单元类型、材料....

图2-3有限元模型

中国民航大学硕士学位论文20表2.2复合材料密度、比热和热导率温度/℃比热/（Jkg-1℃-1）热导率/（Wm-1℃-1）密度/（kg/m3k）xkykz25106511.800.6090.609152033020506.020.310.31152036042505.460.28....

图2-5铜网防护模型仿真结果图

中国民航大学硕士学位论文22图2-5铜网防护模型仿真结果图温度达到300℃时，层合板树脂基开始热解，即层合板开始出现烧蚀损伤。温度达到600℃时，树脂基融化完全，可认为层合板已经烧蚀损伤[16]。从图2-5中可以看出，所得温度未达到材料损伤温度，认为没有造成损伤，与文献[48]实....

本文编号：3961326