コンダクション試験による雷電流印加に伴うCFRPの電気伝導評価と発熱応答予測

通过传导测试评估 CFRP 的电传导性并预测雷电电流产生的发热响应

基本信息

批准号：
22K14427
负责人：
神山晋太郎
金额：
$ 3万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14427/
关键词：
雷 CFRP 高電圧ジュール発熱有限要素法（FEM）

项目摘要

本研究では複数の物理・化学現象が短時間に重畳するため詳細なメカニズムが明らかとなっていないCFRPの雷撃損傷に対して、特に大きな影響を与えていると考えられるジュール発熱挙動を明らかとすることを目的とする。航空機の一次構造部材に使用されているプリプレグを一方向に積層したエポキシCFRP供試体に対して、模擬雷電流を材料に直接印加するコンダクション試験を実施した。雷電流印加中の現象を、高速度カメラを用いて観察した。加えて、供試体に雷電流が印加された際の電流・電圧波形をオシロスコープや高圧プローブ等を用いて、また材料表面の発熱応答をIRカメラを用いて実験的に計測した。有限要素法を用いたマルチフィジックス解析を行うことで、実験的に取得した電流-電圧応答、および発熱応答の予測を試みた。これらの結果、供試体と治具との間で接触抵抗によるスパークが発生したものの、材料全体に雷電流を適切に印加できたことを確認した。材料の繊維方向の導電率は雷電流のような過渡的かつ大電流の環境下においても、概ね一定値となることを明らかにした。また、実験的に計測した供試表面の温度履歴を予測するためには、材料の熱分解による熱分解ガスの生成エネルギー（吸熱反応）が大きな影響を与えていることを明らかにした。また、次年度に向けて、一方向積層だけでなく直交積層、擬似等方積層のCFRP供試体に対してもコンダクション試験を行い、電流-電圧応答および発熱応答を実験的に取得した。

这项研究旨在阐明焦耳的热产生行为，由于多种物理和化学现象在短时间内叠加了多种物理和化学现象，因此人们认为这对CFRP的闪电损害具有特别重要的影响，尚不清楚详细的机制。进行了传导测试，其中将模拟的闪电电流直接应用于环氧球体CFRP试样上的材料，该试样在飞机的主要结构构件中使用的预处理沿一个方向层叠。使用高速摄像头观察到闪电电流期间的现象。此外，使用示波器，高压探头等实验测量了将闪电电流应用于样品时的电流和电压波形，并使用IR摄像头测量了材料表面上的热量产生响应。通过使用有限元方法进行多物理分析，我们试图预测实验获得的电流 - 电压响应和热产生响应。结果，尽管样品和夹具之间发生了由接触电阻引起的火花，但已确认可以将闪电电流正确应用于整个材料。已经揭示了材料在纤维方向上的电导率，即使在瞬态和较大的电流环境（例如闪电电流）中，也是恒定的。此外，据透露，为了通过实验测量的测试表面的温度病史，该材料热解产生的热解气体的能量（吸热反应）具有很大的作用。此外，在下一个会计年度中，不仅在单向堆叠上，而且在正交堆叠和准异分堆叠CFRP标本上进行了传导测试，并在实验中获得电流 - 电压和热产生反应。