CFRP层合板电热损伤温度场及性能研究

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1、第32卷第6期2014年12月中国民航大学学报JOURNALoFCIVⅡ。AVIATIoNUNI、砸RSITYoFCHINAV01．32No．6Decerrlber2014CFRP层合板电热损伤温度场及性能研究王志平，姚佳伟，张国尚，李娜(中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室，天津300300)摘要：采用ABAQUS有限元软件建立了CFRP层合板的匀质实体模型和纤维束一树脂模型。利用热一电耦合模块，分别计算了多种电流制度下稳态表面温度场和内部温度梯度．仿真计算结果与实际测试结果吻合较好；通过CFRP层合板试样拉伸强度的测试、断面微观形貌的分析以及D

2、SC热分析．研究了电热损伤对CFRP力学性能和耐热性的影响，研究结果表明：电热损伤对试样的力学性能和耐热性均有较大影响：随着电热温度的提高，CFRP层合板试样的拉伸强度及耐热性均呈现下降趋势。关键词：CFRP；电热损伤；温度场；拉伸强度；耐热性中图分类号：TB332文献标志码：A文章编号：1674—5590(2014)06—0033—05Studyontemperature6eldandpropertiesofCFRPelectric—thermald锄ageWANGZhi—p讯g，YAoJtG卜埘ei，zHANGGt‘o—Sh6Ing。LlNa(锄以A泌n妒

3、Ai瑚ort^i鹏5s吼dM面n￡e，mceKey￡曲Q厂死耐in，“∞，m阿流300300，矾iM)AbstI。act：ABAQUSisusedtosimulatesuIfacetempemtuI℃6eldandtemperaturegradientofCFRPsample，whichissub—jectedtoDCcurrentbyfoundingthehomogenoussolidmodelandthefiber—matrixmodel．Fineconsistencyisreachedbycontrastoftheexperimentalandsimul

4、antresults．Thetensilepmpenytest，theobservationoffhc-turesuIfaceandtheDSCtestofCFRPsamplesarepeIfo硼edtostudytheelectric—the珊aldamagetomechani—calpmpertyandheatresistance．Theresultsrevealthatwiththeelectric—the瑚altemperatureincreasing，thetensilestren殍h，theinte—．acialbondingstren昏handt

5、heheatresistancedecrease．Keywo“lS：CFRP；electric—the肌aldamage；temperaturefield；tensilestren昏h；heatresistance随着碳纤维树脂基复合材料(carbon胁errein—forcedpolymer，CFRP)在航空领域的广泛使用⋯，在航空器材运行过程中，复合材料结构将不可避免地暴露在多种环境条件下。目前，国内外的大量研究已涉及复合材料人工气候老化、湿热老化、热氧老化、人工加速老化和自然老化等[2_3】，而电热损伤引起的材料劣化研究还处于起步阶段。飞机在飞行过程中，

6、复合材料结构经常会暴露在电磁场中，电磁场一般来源于以下3类【4】：1)雷电天气：飞机在服役过程中会受到雷击，在雷击点及附近区域电流达到几千安培，而在远端结构中电流可降至安培级，作用时间较短(秒级)。2)飞机内部安装的电子设备引起的电流：电流相对较小(安培级)，发生于整个飞机服役过程中，累计作用时间长。3)机体表面静电积累导致的电流：飞机在飞行过程中与空气、微尘等摩擦，在表面产生电荷积累，当电荷积累到一定程度会产生电晕放电。2010年，法国ENSMA大学的研究人员Macro等人利用有限元模拟和实验两种方法研究了CFRP复合材料T300／914[(0／90)4】。

7、在恒定直流电流(最高为8A)下的电热行为，研究结果表明：当试样通有8A直流电流时，试样表面中心位置的稳态温度约为205℃，模拟结果与实验结果吻合良好闭。美国空军研究实验室Telitchev和Sierakowski对CFRP复合材料在恒定直流电流(25A和50A)下的性能进行了研究，发现电流强度对材料通电后抗冲击性能的影响有一定的规律性【61。收稿日期：2013一10—23；修回日期：2013一ll—13基金项目：中央高校基本科研业务费专项(zxH2012J002)作者简介：王志平(1963一)，男，辽宁朝阳人，教授，博士，研究方向为航空材料加工与测试．一34一

8、中国民航大学学报2014年12月目前国