當(dāng)復(fù)合材料遭遇雷擊時，復(fù)合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據(jù)焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產(chǎn)生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導(dǎo)致材料出現(xiàn)燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能降低。受到雷擊作用后，復(fù)合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復(fù)合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復(fù)合材料承載力的影響。

對復(fù)合材料的雷擊分析可以分為兩個步驟：1 電-熱強耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復(fù)合材料漸進損傷分析。

電-熱強耦合分析

電流流過導(dǎo)體的過程中，所耗散的能量會轉(zhuǎn)化為熱能，即產(chǎn)生焦耳熱。電場控制方程為

電流流過導(dǎo)體耗散的能量可以通過焦耳定律描述

熱流密度可以表示為

這里假設(shè)耗散的電能全部轉(zhuǎn)換為熱量，則η_v=1.

熱傳導(dǎo)方程可以用下式描述

美國軍用標(biāo)準(zhǔn)給出了雷電載荷的波形

選取電流幅值最大的A段作為初始雷擊進行分析，A段電流可以用下式描述

A段電流波形如下

建立如圖所示的平板進行電-熱耦合分析

可以得到平板中心點處不同時間的溫度分布如圖所示

考慮初始燒蝕損傷的復(fù)合材料漸進損傷分析

通過電-熱耦合分析得到溫度場后，可以根據(jù)溫度場確定雷擊導(dǎo)致的燒蝕區(qū)域。通過USDFLD子程序標(biāo)記燒蝕的單元，并將其損傷設(shè)置為1.然后結(jié)合UMAT子程序，采用hashin準(zhǔn)則http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對含初始損傷的復(fù)合材料平板進行漸進損傷分析，以獲得其剩余強度。計算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。

可以發(fā)現(xiàn)，在拉伸載荷作用下，復(fù)合材料從雷擊點處開始發(fā)生破壞，失效過程與中心開孔板類似。通過修改不同的電流峰值，可以定量得到雷擊對復(fù)合材料強度的影響。

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