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飞机结构中闪电损伤的机制，我们进行了针对三种物理现象的实验测量：焦耳热产生，机械负载和血浆排放，并估算使用数值分析的逆向分析的热，电气，电气，机械载荷和边界条件。此外，通过将所获得的结果与申请人构建的多物理分析模型相结合，将进一步完善分析模型。在今年，为了在CFRP中建立一个针对雷击损害的预测模型，我们对与应用模拟闪电电流对雷击造成的应用相关的焦耳热产生行为的影响进行了研究。进行了传导测试，其中直接将高压脉冲电流应用于CFRP，并获得了纤维方向上单向CFRP的电流 - 电压特性和热产生行为。此外，使用实验获得的材料物理特性进行热电耦合分析，并将分析获得的热响应与实验结果进行比较，以复制热产生行为。结果，据表明，脉冲高电压下的纤维方向的电导率大致等于在恒定电压下测量的电压，并且更恒定。还发现，即使在高冲动电压下，焦耳法也适用。此外，大型脉冲电流的应用导致构成CFRP的树脂含量为urlo，从而造成损坏。已经提出，通常可以考虑到能量平衡效应的数值分析，因此通常可以再现了由于热解气体产生而产生的能量平衡的影响。这些研究结果是在一个全国会议上提出的。