用于模拟航空航天紧固件组件对雷电附着响应的多物理场方法开发

本工作致力于开发一种数值建模方法，用于研究航空航天紧固件在遭受模拟雷击产生的高电流载荷下的时间精确响应。该方法捕捉了单个紧固件组件的电磁、热和弹塑性响应，从而允许对紧固件设计和材料分层进行关键分析。在高电流载荷下，紧固件组件中充气空腔的电离可导致跨越内部空隙的有效电流路径。这种电离可通过焦耳热效应导致局部高压等离子体区域。本文开发的多物理场方法扩展了现有方法，允许对等离子体电弧、钛合金航空航天紧固件组件、周围飞机蒙皮、内部支撑结构以及内部等离子体充填空腔进行双向动态非线性耦合。该模型的结果与实验测量结果进行了比较，实验测量了将碳复合材料面板固定在一起并由薄介电层分隔的钛合金紧固件。结果表明，电流分布测量值得到了准确重现。通过参数研究评估了内部空腔建模策略，并量化了内部空腔等离子体压力、电流分布与内部空腔几何形状变化之间的关系。