ДИНАМИКА ПОСЛОЙНОГО РАЗРУШЕНИЯ УГЛЕПЛАСТИКА ТОКАМИ МОЛНИИ: ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТ

Гущин Игорь Ардальенович

DOI: 10.47026/1810-1909-2020-3-67-73

Ключевые слова

воздействие молнии, проводящий композиционный материал, разрушение углепластика, молниестойкость.

Аннотация

На основании двух моделей растекания токов молнии по углепластику определены критерии разрушения материала. Одна из моделей – модель анизотропно-проводящей среды из уравнения Лапласа с заданными граничными условиями Неймана – позволяет получить точное решение в виде функций Бесселя для продольных и поперечных плотностей тока и рассмотреть зоны разрушения материала по радиусу и глубине. Модель адекватно описывает эксперимент с различным расположением электродов, имитирующих прохождение токов молнии по конструкциям из проводящего композита и металла. Вторая – модель слоистой структуры композита – построена с помощью схемы замещения углепластика и позволяет найти численным методом распределение токов. Результаты расчетов по обеим моделям хорошо согласуются между собой. Анализ динамики деструкции углепластика выявил критерии разрушения с параметрами реального углепластика и данными эксперимента, которые не противоречат параметрам разрушения углепластиков, полученным в зарубежных экспериментальных исследованиях. Эти критерии позволяют установить зависимость значения интеграла действия тока от количества слоев композитного материала. Были учтены варианты с малым количеством слоев и большим, когда возможен критерий сквозного пробоя. Сравнение расчетных и экспериментальных данных разрушения показало хорошее соответствие кривых. Полученные критерии позволяют прогнозировать последствия воздействия молнии при различных параметрах материала и предпринимать меры по повышению молниестойкости изделий из углепластика на стадии проектирования летательного аппарата.

Литература

1. Гущин И.А. Анализ динамики послойного разрушения углепластика токами молнии// Вестник Чувашского университета. № 3. С. 63–68.
2. Avrootskij V., Bizyaev A., Guschin I., Prokhorov E., Sergievskaya I., Sobolevskaya E. Lightning Protection of carbon fiber composites. Proc. of 21^st Conf. on Lightning Protection, Berlin, Sept. 21-25, 1992, pp. 271–273.
3. Jinru S., Xueling Y., Xiangyu T., Jingliang C. & Yi Wu. Damage Characteristics of CFRP Laminates Subjected to Multiple Lightning Current Strike. Applied Composite Materials, 2019, vol. 26, pp. 745–762.
4. Li S., Yin J., Yao X., Chang F., Shi X. Damage analysis for carbon fiber/epoxy composite exposed to simulated lightning current. Reinf. Plast. Compos., 2016, vol. 35, pp. 1201–1213.
5. Mazur V. Lightning threat to aircraft: do we know all we need to know? Aircr., 2015, vol. 30, pp. 156–159.
6. Plumer J., Robb J. The direct effects of lightning on aircraft. IEEE Trans. On Electromagn. Compat., 1982, vol. 24, no. 2, pp. 158–172.

Формат цитирования

Гущин И.А. Динамика послойного разрушения углепластика токами молнии: теория и эксперимент // Вестник Чувашского университета. – 2020. – № 3. – С. 67–73. DOI: 10.47026/1810-1909-2020-3-67-73.

Загрузить полный текст статьи