冲击电流作用下碳纤维复合材料的导电特性

针对碳纤维复合材料(CFRP)在航空航天领域应用时的雷电损伤机理以及无损检测的问题,建立了CFRP非破坏性冲击动态伏安特性测试平台,对碳纤维复合材料的动态伏安特性的测量方法进行了研究。通过对流经CFRP上动态电流以及两端动态电压的测试,研究CFRP在非破坏脉冲电流作用下的动态伏安特性。研究发现:冲击电流的幅值、波形以及测量电极均会对CFRP的动态伏安特性产生比较明显的影响。随着冲击电流幅值的增加,CFRP的动态伏安特性曲线在电流上升阶段出现明显的向上偏移;在电流下降阶段,其所对应的动态伏安特性曲线会向下偏移直至趋于重合。当施加在CFRP上的冲击电流的持续时间变长时,明显看出CFRP的动态伏安特性上升阶段和下降阶段所包围的区域逐渐减小。当测量电极尺寸增加时,流过CFRP上的动态电流幅值增大了15%,其动态伏安特性曲线会逐渐向下移动,且随着冲击电流幅值增加,不同测量电极所对应的伏安特性曲线逐渐接近。研究结果为碳纤维复合材料在雷电直接作用时其导电行为以及损坏机理的研究提供了一定的实验基础与理论依据,为碳纤维复合材料的无损检测提供了新的实验思路。     

光纤复合架空地线雷电直接效应的实验研究

基于对现行的光纤复合架空地线(OPGW)雷击测试标准及研究现状的分析,提出了OPGW连续时序雷电直接效应的实验方法,并建立了雷电流B分量与连续电流C分量组成的多重连续时序雷电直接效应的实验平台,评估雷电流C分量的幅值和作用间隙对OPGW雷击损伤的影响规律,探索雷电流对OPGW的作用机理及散流特性。研究发现:随着C分量转移电荷量的增加,OPGW外层铝包钢股线熔断烧蚀程度不断加剧,雷击过后的温度不断升高。在转移电荷为200C时,雷击后瞬间OPGW表面的温度超过3 700℃,约30%的股线发生严重损伤。随着雷击实验作用间隙由5cm增加至6cm,OPGW试品雷击后的温升减小40%,损伤程度也有所减轻。研究内容能够为OPGW雷击实验方法的规范及防雷特性的评估提供基本实验支撑和理论依据。