Experimental and analytical study on damage behavior of CFRP laminates subjected to simulated lightning current

CFRP层合板模拟雷电流损伤行为实验与分析研究

基本信息

批准号：
19J22413
负责人：
神山晋太郎
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J22413/
关键词：
CFRP 雷撃損傷マルチフィジックス解析有限要素法

项目摘要

本研究では、CFRP機体構造の雷撃損傷メカニズムの解明を目的として、ジュール発熱、力学的荷重、プラズマ放電の3種類の物理現象に着目して実験的に計測を行い、数値解析を用いた逆解析により熱・電気・力学的な荷重・境界条件を推定する。さらに得られた結果を申請者らが構築してきたマルチフィジックス解析モデルと統合することで、解析モデルのさらなる高度化を図る。本年度は、CFRPにおける雷撃損傷予測モデルの構築のため、模擬雷電流印加に伴うジュール発熱挙動が雷撃損傷に及ぼす影響の実験的解明とそのモデル化について研究を実施した。高電圧インパルス電流をCFRPに直接印加するコンダクション試験を実施し、一方向CFRPの繊維方向における電流-電圧特性や発熱挙動について取得した。さらに、実験的に得られた材料物性値を用いて熱-電気連成解析を行い、解析的に得られた発熱応答を実験結果と比較することで発熱挙動の再現を試みた。その結果、インパルス高電圧下での繊維方向の導電率は、定電圧下に測定した導電率と概ね等しく、さらに一定値となることが明らかとなった。また、インパルス高電圧下においてもジュールの法則が適用可能であることが分かった。さらに、大きなインパルス電流を印加することで、CFRPを構成する樹脂が熱分解し、それによって損傷が発生した。熱分解ガスの生成によるエネルギー収支の影響を数値解析に考慮するで、実験で得られた発熱応答結果を概ね再現できる可能性が示唆された。これらの研究成果は、1件の国内会議にて発表した。

在这项研究中，为了阐明CFRP飞机结构的闪电损伤机制，它专注于三种类型的物理现象：焦耳发烧，机械载荷和血浆排放以及使用数值分析的逆分析估计热，电力，机械负载和边界条件。此外，通过将所获得的结果与申请人构建的多种形象分析模型集成在一起，将进一步增强分析模型。在这个财政年度，为了在CFRP中建立闪电损伤预测模型，我们对实验性阐明及其对焦耳发烧作用的建模进行了研究，以伴随模拟雷电电流对闪电损伤的影响。进行了传导测试，直接将高压脉冲电流应用于CFRP，并在单向CFRP的纤维方向上获得了电流 - 电压特性和热产生行为。此外，使用实验材料特性进行了热电相比较分析，并将热产生行为与实验结果进行了比较。结果，很明显，在脉冲的高电压下，纤维方向的导电速率通常等于在恒定电压下测得的导电速率和恒定值。还发现，即使在冲动高压下，焦耳定律也可以应用。此外，通过施加大型脉冲电流，加热了由CFRP组成的树脂，从而造成损坏。考虑到由于产生热分解气体而产生的能量平衡的影响，建议通常再现在实验中获得的热响应结果。这些研究结果在一次国内会议上宣布。