雷擊作用下典型復合材料結構的多場耦合效應

目錄
前言
第1章緒論1
1.1飛機雷擊背景1
1.2飛機雷擊研究現(xiàn)狀4
1.2.1雷電觀測和放電機制4
1.2.2雷電通道數(shù)值模擬5
1.2.3雷電觸發(fā)機理和多物理場耦合8
1.3復合材料防雷擊設計研究10
1.4復合材料雷擊后剩余強度研究13
1.5飛機燃油系統(tǒng)雷擊損傷研究14
1.6本書內(nèi)容安排17
參考文獻18
第2章磁流體動力學理論與雷擊放電機理27
2.1雷電磁流體動力學理論27
2.1.1流體動力學方程27
2.1.2磁流體動力學方程29
2.2放電等離子體數(shù)值計算方法36
2.2.1CFD計算方法及流程36
2.2.2FLUENT二次開發(fā)37
2.2.3MHD模型求解39
2.3二維電弧熱等離子體實例驗證40
2.3.1二維電弧幾何模型41
2.3.2邊界條件41
2.3.3計算結果分析和驗證42
2.4三維雷電電弧等離子計算45
2.4.1幾何模型及網(wǎng)格劃分45
2.4.2邊界條件46
2.4.3放電等離子通道計算設置48
2.5三維等離子通道特征48
2.5.1放電通道演變過程48
2.5.2等離子體通道傳熱分析50
2.5.3過壓和沖擊波效應54
2.5.4電磁分布特征57
參考文獻60
第3章復合材料油箱口蓋結構雷擊燒蝕分析63
3.1油箱口蓋結構雷擊分析63
3.1.1油箱口蓋結構雷擊模型63
3.1.2計算結果與分析64
3.2油箱口蓋雷擊損傷影響因素分析66
3.2.1口蓋材質(zhì)對雷擊燒蝕影響66
3.2.2雷擊位置影響67
3.2.3口蓋厚度的影響71
3.2.4搭接區(qū)域間隙內(nèi)填充密封膠74
3.3含螺栓油箱口蓋結構75
3.3.1含螺栓油箱口蓋有限元模型75
3.3.2雷電作用在口蓋時的計算結果分析77
3.3.3雷電作用在螺栓時的計算結果分析78
參考文獻80
第4章整體油箱雷擊點火源分析81
4.1油箱結構的雷擊危害81
4.2整體油箱雷擊計算模型82
4.2.1金屬整體油箱結構82
4.2.2復合材料整體油箱結構85
4.2.3材料參數(shù)和邊界條件86
4.3金屬整體油箱點火源分析87
4.3.1電流密度分布情況87
4.3.2電接觸程度對結構界面電流密度的影響95
4.3.3組件界面電場強度分析97
4.3.4溫度分布規(guī)律99
4.4復合材料整體油箱點火源分析100
4.4.1復合材料油箱電流密度分布100
4.4.2復合材料油箱組件界面電場強度分析105
4.4.3復合材料油箱溫度分布106
參考文獻107
第5章雷電磁流體與復合材料多物理場耦合方法109
5.1雷擊多物理場耦合技術109
5.1.1基本理論109
5.1.2插值方法對比112
5.1.3動網(wǎng)格技術115
5.1.4雷電磁流體與復合材料耦合算法118
5.2雷電磁流體與復合材料加筋壁板耦合分析與驗證120
5.2.1復合材料加筋壁板雷擊試驗120
5.2.2雷擊后復合材料加筋壁板超聲C掃描檢測124
5.2.3雷電磁流體與復合材料加筋壁板耦合計算126
5.3雷電磁流體與復合材料掃掠耦合分析134
5.3.1飛機雷擊掃掠機理134
5.3.2雷擊掃掠通道演變135
5.3.3雷擊掃掠損傷140
參考文獻142
第6章復合材料雷擊動態(tài)損傷模型分析144
6.1各向異性本構模型144
6.2各向異性彈塑性本構模型145
6.2.1彈性階段應力-應變關系145
6.2.2塑性階段應力-應變關系149
6.3物態(tài)方程和屈服方程151
6.3.1物態(tài)方程的引入151
6.3.2彈性階段物態(tài)方程及修正151
6.3.3塑性階段物態(tài)方程修正152
6.3.4屈服方程153
6.4雷擊動態(tài)損傷分析方法154
6.4.1復合材料加筋壁板有限元模型154
6.4.2分析流程和材料參數(shù)155
6.5計算結果分析157
6.5.1復合材料加筋壁板等效應力分布157
6.5.2復合材料加筋壁板溫度分布162
6.5.3復合材料加筋壁板變形情況166
6.5.4復合材料加筋壁板分層損傷分析170
參考文獻172
第7章不同失效準則下復合材料雷擊后剩余強度分析175
7.1雷擊損傷后復合材料力學性能175
7.2雷擊損傷后復合材料層合板壓縮試驗176
7.2.1試驗件176
7.2.2試驗方案176
7.2.3試驗結果及分析177
7.3復合材料漸進損傷分析方法180
7.3.1應力計算180
7.3.2復合材料失效準則181
7.3.3材料退化模式184
7.4雷擊后復合材料層合板壓縮模擬分析185
7.4.1剩余強度分析方法及失效定義185
7.4.2不同鋪層的損傷擴展185
7.4.3載荷-位移*線及破壞載荷190
參考文獻192
第8章復合材料加筋壁板不同金屬網(wǎng)防雷擊性能分析194
8.1不同形式金屬網(wǎng)194
8.2復合材料加筋壁板金屬網(wǎng)雷擊防護機理分析195
8.2.1有限元模型及材料參數(shù)195
8.2.2金屬網(wǎng)雷擊燒蝕判斷準則197
8.2.3銅網(wǎng)雷擊防護分析197
8.2.4不同材料金屬網(wǎng)防護性能對比分析199
8.3網(wǎng)格間距影響分析201
8.3.1網(wǎng)格間距的變化對雷擊防護效果的影響分析201
8.3.2網(wǎng)格間距的變化對結構增重的影響分析205
8.4復合材料加筋壁板防雷擊設計優(yōu)化206
8.4.1設計優(yōu)化方法206
8.4.2銅網(wǎng)防護件的設計優(yōu)化208
8.4.3復合材料基準件的防雷擊設計優(yōu)化214
參考文獻216
第9章復合材料加筋壁板汽化反沖和剩余強度分析218
9.1雷擊汽化反沖效應218
9.2銅網(wǎng)防護復合材料雷擊燒蝕特征218
9.2.1銅網(wǎng)防護件有限元模型218
9.2.2銅網(wǎng)防護件雷擊燒蝕計算與試驗結果對比220
9.3汽化反沖效應分析221
9.3.1汽化反沖分析方法221
9.3.2汽化反沖有限元模型223
9.3.3計算結果分析224
9.4剩余強度分析232
9.4.1剩余強度分析流程232
9.4.2計算結果分析233
9.5雷電流B分量對復合材料損傷的影響242
參考文獻244
第10章復合材料連接結構汽化反沖和鋁網(wǎng)防雷擊分析246
10.1含螺栓復合材料結構246
10.2復合材料典型連接結構和有限元模型247
10.2.1復合材料連接件247
10.2.2鋁網(wǎng)防護下復合材料連接件248
10.3基準件雷擊損傷分析249
10.3.1**次雷擊燒蝕損傷與汽化反沖分析249
10.3.2第二次雷擊燒蝕損傷與汽化反沖分析254
10.4鋁網(wǎng)防護復合材料連接件雷擊損傷分析258
10.4.1**次雷擊燒蝕損傷與汽化反沖分析258
10.4.2第二次雷擊燒蝕損傷與汽化反沖分析262
10.5雷擊損傷后剩余強度分析267
10.5.1基準件**次雷擊后剩余強度分析267
10.5.2基準件第二次雷擊后剩余強度分析269
10.5.3鋁網(wǎng)防護件**次雷擊后剩余強度分析271
10.5.4鋁網(wǎng)防護件第二次雷擊后剩余強度分析272
10.5.5完整件拉伸失效時的損傷特征274
10.5.6不同工況下的拉伸強度比較276
參考文獻276
第11章雷電電弧作用下復合材料噴鋁防護性能分析278
11.1復合材料電弧附著特性278
11.1.1復合材料電弧附著模型建立278
11.1.2材料參數(shù)和邊界條件279
11.1.3計算流程281
11.1.4不同陽極材料電弧激發(fā)時間283
11.1.5不同陽極材料電弧運動特性284
11.2復合材料損傷預測及驗證286
11.2.1復合材料雷擊損傷模式286
11.2.2復合材料損傷預測及機理287
11.3復合材料表面噴鋁雷擊防護分析290
11.3.1復合材料表面噴鋁290
11.3.2無防護基準件雷擊損傷292
11.3.3全噴鋁雷擊防護分析294
11.3.4局部噴鋁雷擊防護分析296
參考文獻299
第12章雷電電弧作用下新型復合薄膜防護性能分析301
12.1鍍鎳碳纖維/羰基鐵粉復合薄膜301
12.2等效材料參數(shù)計算302
12.2.1均勻化理論302
12.2.2RVE模型302
12.2.3等效參數(shù)計算理論基礎304
12.2.4計算流程307
12.2.5等效參數(shù)計算結果308
12.3NCF/CIP新型薄膜雷擊燒蝕損傷分析315
12.3.1模型建立315
12.3.2放電通道附著特征316
12.3.3有無防護膜的雷擊熱效應比較318
參考文獻321
第13章分段式導流條雷擊防護分析323
13.1分段式導流條323
13.2分段式導流條的電壓擊穿特性324
13.2.1二分段高壓擊穿模型324
13.2.2電壓擊穿分析325
13.3分段式導流條擊穿電壓的影響因素328
13.3.1電壓上升速率的影響328
13.3.2金屬片段間隙寬度的影響329
13.3.3金屬片段幾何形狀的影響329
13.3.4高電壓擊穿試驗驗證332
13.4分段式導流條的高電流擊穿特性335
13.4.1高電流擊穿模型335
13.4.2結果與討論337
參考文獻343