雷擊作用下典型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的多場耦合效應(yīng)

目錄
前言
第1章緒論1
1.1飛機(jī)雷擊背景1
1.2飛機(jī)雷擊研究現(xiàn)狀4
1.2.1雷電觀測和放電機(jī)制4
1.2.2雷電通道數(shù)值模擬5
1.2.3雷電觸發(fā)機(jī)理和多物理場耦合8
1.3復(fù)合材料防雷擊設(shè)計(jì)研究10
1.4復(fù)合材料雷擊后剩余強(qiáng)度研究13
1.5飛機(jī)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(xiàn)18
第2章磁流體動力學(xué)理論與雷擊放電機(jī)理27
2.1雷電磁流體動力學(xué)理論27
2.1.1流體動力學(xué)方程27
2.1.2磁流體動力學(xué)方程29
2.2放電等離子體數(shù)值計(jì)算方法36
2.2.1CFD計(jì)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(shí)例驗(yàn)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(jì)算結(jié)果分析和驗(yàn)證42
2.4三維雷電電弧等離子計(jì)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(jì)算設(shè)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(yīng)54
2.5.4電磁分布特征57
參考文獻(xiàn)60
第3章復(fù)合材料油箱口蓋結(jié)構(gòu)雷擊燒蝕分析63
3.1油箱口蓋結(jié)構(gòu)雷擊分析63
3.1.1油箱口蓋結(jié)構(gòu)雷擊模型63
3.1.2計(jì)算結(jié)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(jié)構(gòu)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(shí)的計(jì)算結(jié)果分析77
3.3.3雷電作用在螺栓時(shí)的計(jì)算結(jié)果分析78
參考文獻(xiàn)80
第4章整體油箱雷擊點(diǎn)火源分析81
4.1油箱結(jié)構(gòu)的雷擊危害81
4.2整體油箱雷擊計(jì)算模型82
4.2.1金屬整體油箱結(jié)構(gòu)82
4.2.2復(fù)合材料整體油箱結(jié)構(gòu)85
4.2.3材料參數(shù)和邊界條件86
4.3金屬整體油箱點(diǎn)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(jié)構(gòu)界面電流密度的影響95
4.3.3組件界面電場強(qiáng)度分析97
4.3.4溫度分布規(guī)律99
4.4復(fù)合材料整體油箱點(diǎn)火源分析100
4.4.1復(fù)合材料油箱電流密度分布100
4.4.2復(fù)合材料油箱組件界面電場強(qiáng)度分析105
4.4.3復(fù)合材料油箱溫度分布106
參考文獻(xiàn)107
第5章雷電磁流體與復(fù)合材料多物理場耦合方法109
5.1雷擊多物理場耦合技術(shù)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(shù)115
5.1.4雷電磁流體與復(fù)合材料耦合算法118
5.2雷電磁流體與復(fù)合材料加筋壁板耦合分析與驗(yàn)證120
5.2.1復(fù)合材料加筋壁板雷擊試驗(yàn)120
5.2.2雷擊后復(fù)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(fù)合材料加筋壁板耦合計(jì)算126
5.3雷電磁流體與復(fù)合材料掃掠耦合分析134
5.3.1飛機(jī)雷擊掃掠機(jī)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(xiàn)142
第6章復(fù)合材料雷擊動態(tài)損傷模型分析144
6.1各向異性本構(gòu)模型144
6.2各向異性彈塑性本構(gòu)模型145
6.2.1彈性階段應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系145
6.2.2塑性階段應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)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(fù)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(jì)算結(jié)果分析157
6.5.1復(fù)合材料加筋壁板等效應(yīng)力分布157
6.5.2復(fù)合材料加筋壁板溫度分布162
6.5.3復(fù)合材料加筋壁板變形情況166
6.5.4復(fù)合材料加筋壁板分層損傷分析170
參考文獻(xiàn)172
第7章不同失效準(zhǔn)則下復(fù)合材料雷擊后剩余強(qiáng)度分析175
7.1雷擊損傷后復(fù)合材料力學(xué)性能175
7.2雷擊損傷后復(fù)合材料層合板壓縮試驗(yàn)176
7.2.1試驗(yàn)件176
7.2.2試驗(yàn)方案176
7.2.3試驗(yàn)結(jié)果及分析177
7.3復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析方法180
7.3.1應(yīng)力計(jì)算180
7.3.2復(fù)合材料失效準(zhǔn)則181
7.3.3材料退化模式184
7.4雷擊后復(fù)合材料層合板壓縮模擬分析185
7.4.1剩余強(qiáng)度分析方法及失效定義185
7.4.2不同鋪層的損傷擴(kuò)展185
7.4.3載荷-位移*線及破壞載荷190
參考文獻(xiàn)192
第8章復(fù)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(fù)合材料加筋壁板金屬網(wǎng)雷擊防護(hù)機(jī)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(zhǔn)則197
8.2.3銅網(wǎng)雷擊防護(hù)分析197
8.2.4不同材料金屬網(wǎng)防護(hù)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(hù)效果的影響分析201
8.3.2網(wǎng)格間距的變化對結(jié)構(gòu)增重的影響分析205
8.4復(fù)合材料加筋壁板防雷擊設(shè)計(jì)優(yōu)化206
8.4.1設(shè)計(jì)優(yōu)化方法206
8.4.2銅網(wǎng)防護(hù)件的設(shè)計(jì)優(yōu)化208
8.4.3復(fù)合材料基準(zhǔn)件的防雷擊設(shè)計(jì)優(yōu)化214
參考文獻(xiàn)216
第9章復(fù)合材料加筋壁板汽化反沖和剩余強(qiáng)度分析218
9.1雷擊汽化反沖效應(yīng)218
9.2銅網(wǎng)防護(hù)復(fù)合材料雷擊燒蝕特征218
9.2.1銅網(wǎng)防護(hù)件有限元模型218
9.2.2銅網(wǎng)防護(hù)件雷擊燒蝕計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果對比220
9.3汽化反沖效應(yīng)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(jì)算結(jié)果分析224
9.4剩余強(qiáng)度分析232
9.4.1剩余強(qiáng)度分析流程232
9.4.2計(jì)算結(jié)果分析233
9.5雷電流B分量對復(fù)合材料損傷的影響242
參考文獻(xiàn)244
第10章復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)汽化反沖和鋁網(wǎng)防雷擊分析246
10.1含螺栓復(fù)合材料結(jié)構(gòu)246
10.2復(fù)合材料典型連接結(jié)構(gòu)和有限元模型247
10.2.1復(fù)合材料連接件247
10.2.2鋁網(wǎng)防護(hù)下復(fù)合材料連接件248
10.3基準(zhǔn)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(hù)復(fù)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(qiáng)度分析267
10.5.1基準(zhǔn)件**次雷擊后剩余強(qiáng)度分析267
10.5.2基準(zhǔn)件第二次雷擊后剩余強(qiáng)度分析269
10.5.3鋁網(wǎng)防護(hù)件**次雷擊后剩余強(qiáng)度分析271
10.5.4鋁網(wǎng)防護(hù)件第二次雷擊后剩余強(qiáng)度分析272
10.5.5完整件拉伸失效時(shí)的損傷特征274
10.5.6不同工況下的拉伸強(qiáng)度比較276
參考文獻(xiàn)276
第11章雷電電弧作用下復(fù)合材料噴鋁防護(hù)性能分析278
11.1復(fù)合材料電弧附著特性278
11.1.1復(fù)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(jì)算流程281
11.1.4不同陽極材料電弧激發(fā)時(shí)間283
11.1.5不同陽極材料電弧運(yùn)動特性284
11.2復(fù)合材料損傷預(yù)測及驗(yàn)證286
11.2.1復(fù)合材料雷擊損傷模式286
11.2.2復(fù)合材料損傷預(yù)測及機(jī)理287
11.3復(fù)合材料表面噴鋁雷擊防護(hù)分析290
11.3.1復(fù)合材料表面噴鋁290
11.3.2無防護(hù)基準(zhǔn)件雷擊損傷292
11.3.3全噴鋁雷擊防護(hù)分析294
11.3.4局部噴鋁雷擊防護(hù)分析296
參考文獻(xiàn)299
第12章雷電電弧作用下新型復(fù)合薄膜防護(hù)性能分析301
12.1鍍鎳碳纖維/羰基鐵粉復(fù)合薄膜301
12.2等效材料參數(shù)計(jì)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(jì)算理論基礎(chǔ)304
12.2.4計(jì)算流程307
12.2.5等效參數(shù)計(jì)算結(jié)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(hù)膜的雷擊熱效應(yīng)比較318
參考文獻(xiàn)321
第13章分段式導(dǎo)流條雷擊防護(hù)分析323
13.1分段式導(dǎo)流條323
13.2分段式導(dǎo)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(dǎo)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(yàn)驗(yàn)證332
13.4分段式導(dǎo)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(jié)果與討論337
參考文獻(xiàn)343