光伏组件雷电冲击损伤特性实验研究

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作者 刘璇 黄彬 +4 位作者 臧秋莉 李祥德 许万红 毕晓蕾 张英杰 《安全、健康和环境》 2024年第5期18-22,共5页

采用高电压及大电流冲击模拟实验,对光伏组件雷击损伤特性进行了分析,获取了雷击对光伏组件的损伤形貌、雷电路径、损伤阈值、电学特性变化等关键损伤特征。研究结果表明:在自然界雷电情况下,多数为光伏边框或支架接闪,20 kA的雷电流即... 采用高电压及大电流冲击模拟实验,对光伏组件雷击损伤特性进行了分析,获取了雷击对光伏组件的损伤形貌、雷电路径、损伤阈值、电学特性变化等关键损伤特征。研究结果表明:在自然界雷电情况下,多数为光伏边框或支架接闪,20 kA的雷电流即可引起边框烧蚀;雷击会影响组件的功能和寿命,随着雷电冲击电压的增大,最大输出功率逐渐减小,冲击电压为300 kV时,最大输出功率变化率达到10.02%。基于雷击损伤实验模拟结果,可以为光伏系统的雷击防护提供数据支撑和参考依据。 展开更多

关键词 光伏发电系统 雷击损伤 光伏组件 雷电流分量 烧蚀损伤 雷击防护

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含金属簇绒结构CFRP层合板雷击烧蚀防护性能模拟

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作者 贾宝惠 杨霄 +2 位作者 单泽众 肖海建 任鹏 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期606-615,共10页

簇绒技术具有灵活性高、经济性高等优点,研究发现金属簇绒结构能显著改善碳纤维复合材料的机械性能和电气性能。为探究含新型雷击防护金属簇绒结构CFRP(carbon fiber reinforced polymer)层合板在雷击过程中损伤特性,建立不同结构参数... 簇绒技术具有灵活性高、经济性高等优点,研究发现金属簇绒结构能显著改善碳纤维复合材料的机械性能和电气性能。为探究含新型雷击防护金属簇绒结构CFRP(carbon fiber reinforced polymer)层合板在雷击过程中损伤特性,建立不同结构参数下含金属簇绒结构CFRP层合板电-热耦合模型,通过与实验结果对比分析发现,仿真模型的损伤样貌、损伤区域及损伤扩展趋势与实验相吻合,证明了模型的有效性。研究结果表明:含金属簇绒结构CFRP层合板的烧蚀表面积降低至基准件的8.06%;金属丝间距对高电势区域面积和区域形状有影响,金属丝间距对雷击烧蚀面积影响最大。 展开更多

关键词 雷击防护 金属簇绒结构 烧蚀损伤 热电耦合

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基于电热耦合分析 SMA-CFRP 复合材料层合板雷击烧蚀损伤

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作者 单泽众 翟阳涵 孙毅刚 《材料热处理学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期213-226,234,共15页

为了研究形状记忆合金(SMA)材料对碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料层合板的雷击损伤防护效果,基于常用的雷击电热耦合模型建立含形状记忆合金丝的层合板的雷击损伤有限元分析模型,与参考结果进行对比以验证模型的合理性,并与传统层合板... 为了研究形状记忆合金(SMA)材料对碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料层合板的雷击损伤防护效果,基于常用的雷击电热耦合模型建立含形状记忆合金丝的层合板的雷击损伤有限元分析模型,与参考结果进行对比以验证模型的合理性,并与传统层合板的雷击损伤进行对比来分析SMA丝的雷击防护作用。此外,分析了不同峰值电流、SMA丝不同数量、嵌入SMA丝区域之间的不同间距和层合板不同铺层顺序等因素对SMA-CFRP层合板烧蚀损伤结果的影响,并分析影响规律。结果表明:SMA对CFRP层合板的雷击损伤防护有显著的效果,其中峰值25 kA雷击电流导致的烧蚀损伤面积降低至无防护层合板的57.43%。此外,SMA丝数量、嵌入SMA丝区域之间的不同间距和层合板的铺层顺序对SMA-CFRP层合板的烧蚀损伤的面积和深度具有较大影响。 展开更多

关键词 形状记忆合金 雷击防护 复合材料层合板 烧蚀损伤 因素分析

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CFRP层合板雷击烧蚀损伤模拟的电流加载方式分析 被引量：1

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作者 贾宝惠 刘旭宇 +1 位作者 卢翔 单泽众 《航空工程进展》 CSCD 2023年第3期108-117,共10页

通过改进加载方式减小数值模拟与试验结果误差对于提高仿真准确性具有重要意义。本文探究复合材料层合板在不同形式雷击电流下的烧蚀损伤特性,改进电弧半径扩展公式,建立适用于雷击过程的电弧扩展半径数值模型;基于ABAQUS建立碳纤维增... 通过改进加载方式减小数值模拟与试验结果误差对于提高仿真准确性具有重要意义。本文探究复合材料层合板在不同形式雷击电流下的烧蚀损伤特性,改进电弧半径扩展公式,建立适用于雷击过程的电弧扩展半径数值模型;基于ABAQUS建立碳纤维增强塑料(CFRP)层合板有限元模型,分析不同电流加载方式下的烧蚀损伤情况。结果表明:建立的有限元模型能够模拟CFRP层合板雷击烧蚀损伤;扩展移动加载造成的损伤面积、损伤深度和损伤体积与试验结果对比误差均约为7%,仿真结果与试验结果具有良好的一致性,模拟复合材料雷击烧蚀损伤时应同时考虑电流扩展和移动的影响。 展开更多

关键词 复合材料 雷击 烧蚀损伤 有限元模型 电流加载方式

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基于电热耦合模型分析含紧固件复合材料层合板雷击烧蚀损伤 被引量：4

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作者 单泽众 罗名俊 +1 位作者 卢翔 田明辉 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期71-79,共9页

为研究含紧固件复合材料层合板在雷电流作用下的烧蚀损伤规律,基于热电耦合建立含紧固件层合板的雷击有限元分析模型,并对雷击烧蚀损伤结果进行分析,与实验结果对比验证模型的有效性。并分析得到含紧固件层合板在不同倍率电导率、比热... 为研究含紧固件复合材料层合板在雷电流作用下的烧蚀损伤规律,基于热电耦合建立含紧固件层合板的雷击有限元分析模型,并对雷击烧蚀损伤结果进行分析,与实验结果对比验证模型的有效性。并分析得到含紧固件层合板在不同倍率电导率、比热、热导率条件下的烧蚀损伤情况,总结不同因素影响下烧蚀损伤面积的变化规律。结果表明:含紧固件层合板相比于不含紧固件层合板的雷击烧蚀损伤对民用飞机运行安全更具有威胁性。此外,层合板的电导率、比热对含紧固件复合材料层合板的烧蚀面积具有较大影响,当这两个因素降低时,烧蚀损伤面积均会产生一定程度的增加,而层合板的热导率及紧固件属性对烧蚀损伤面积影响较小。 展开更多

关键词 雷击 复合材料层合板 紧固件 烧蚀损伤

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3003铝合金在30/80μs和10/350μs冲击电流下的损伤特性对比 被引量：4

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作者 戴明秋 刘亚坤 +2 位作者 肖瑶 毕晓蕾 傅正财 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1559-1566,共8页

为明确30/80μs和10/350μs冲击电流对金属损伤特性的差异以及冲击电流下金属的损伤特征,采用双指数模型计算不同幅值下两种电流的转移电荷和作用积分参数,并对照实际雷电观测数据分析其参数特征,然后进行两种电流不同幅值下的模拟雷电... 为明确30/80μs和10/350μs冲击电流对金属损伤特性的差异以及冲击电流下金属的损伤特征,采用双指数模型计算不同幅值下两种电流的转移电荷和作用积分参数,并对照实际雷电观测数据分析其参数特征,然后进行两种电流不同幅值下的模拟雷电流损伤试验,采用扫描电镜观察金属损伤形貌、并测量损伤面积和深度。最后,结合冲击电流参数分析损伤试验结果,对比两种电流对3003铝合金损伤特性的差异。试验和分析表明:30/80μs冲击电流转移电荷与作用积分的变化范围与负地闪中首次回击电流参数的统计分布相近,而10/350μs冲击电流更符合正地闪中首次回击电流的参数特征。10/350μs冲击电流下,3003铝合金板损伤过渡区内出现沿热流方向生长的树枝晶,氧化层和损伤过渡区内有大量纳米尺寸的氧化铝颗粒析出,与30/80μs冲击电流作用时相比,3003铝合金的微观形貌变化更大。冲击电流的作用积分比转移电荷量对损伤面积有更直接的影响。除转移电荷量和作用积分外,电流持续时间是影响损伤深度的重要因素。 展开更多

关键词 雷电流 首次回击分量 3003铝合金 烧蚀损伤 转移电荷 作用积分 微观组织形貌

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含紧固件层合板雷击烧蚀损伤分析 被引量：3

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作者 单泽众 罗名俊 +1 位作者 卢翔 田明辉 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期83-90,共8页

为了研究含紧固件复合材料层合板在雷击电流作用下的烧蚀损伤规律,基于热电耦合建立含紧固件层合板的雷击有限元分析模型,并对雷击烧蚀损伤结果进行分析,与参考结果对比验证模型的合理性,并分析得到含紧固件层合板在不同峰值电流、紧固... 为了研究含紧固件复合材料层合板在雷击电流作用下的烧蚀损伤规律,基于热电耦合建立含紧固件层合板的雷击有限元分析模型,并对雷击烧蚀损伤结果进行分析,与参考结果对比验证模型的合理性,并分析得到含紧固件层合板在不同峰值电流、紧固件尺寸、层合板宽度比条件下的烧蚀损伤结果,总结不同因素影响下烧蚀损伤面积的变化规律。结果表明:雷击峰值电流、紧固件的尺寸、层合板的宽度对含紧固件层合板烧蚀损伤面积具有极大的影响,相同的雷击电流波形,峰值150 kA雷击电流导致的烧蚀损伤面积是峰值50 kA的15.39倍;紧固件越小,烧蚀损伤面积越大,分层损伤面积越大,其中,当紧固件直径减小至1/2时,烧蚀损伤面积最大可增加4.97倍,分层损伤面积最大可增加1.91倍;层合板损伤面积随宽度的增加先增大后减小,最后趋于平稳,其中最大损伤面积与最小损伤面积的比值可达1.81倍,且比值随着紧固件直径的增加而增大。 展开更多

关键词 雷击 复合材料层合板 紧固件 烧蚀损伤 不同因素

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复合材料层压板雷击烧蚀损伤数值模拟与扩展行为分析 被引量：2

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作者 尹俊杰 李曙林 +1 位作者 姚学玲 常飞 《材料热处理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期203-209,共7页

基于ABAQUS热-电耦合分析模块,建立了复合材料层压板结构雷电流作用下的仿真模型。通过计算雷击过程中的瞬态温度场分布并结合树脂基的热解行为,对复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤进行模拟。在所建仿真模型基础上,对雷击过程中复合材料... 基于ABAQUS热-电耦合分析模块,建立了复合材料层压板结构雷电流作用下的仿真模型。通过计算雷击过程中的瞬态温度场分布并结合树脂基的热解行为,对复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤进行模拟。在所建仿真模型基础上,对雷击过程中复合材料烧蚀损伤扩展行为进行了分析。结果表明:雷击过程中,复合材料损伤深度与损伤面积在雷击初始阶段迅速增加,随后变化缓慢;每一铺层的损伤在自身电流传导产生的阻性加热以及相互接触两层之间的热传导共同作用下具有方向性的不断扩展。 展开更多

关键词 复合材料层合板 雷击 烧蚀损伤 数值仿真 扩展行为

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某输送管道金属损失缺陷成因分析 被引量：1

9

作者 王高峰 孙宝龙 +5 位作者 王飞 黄亮亮 任国琪 张皓 吴峰 徐鹏 《焊管》 2021年第7期35-39,共5页

为更好地掌握管道金属损失缺陷的形成原因,通过宏观分析、金相组织分析、X射线能谱分析以及XRD分析等手段,对某输送管道管体金属损失缺陷进行了分析。分析结果显示,缺陷横截面明显存在三个区域,即母材区、热影响区和熔敷金属区,熔敷金... 为更好地掌握管道金属损失缺陷的形成原因,通过宏观分析、金相组织分析、X射线能谱分析以及XRD分析等手段,对某输送管道管体金属损失缺陷进行了分析。分析结果显示,缺陷横截面明显存在三个区域,即母材区、热影响区和熔敷金属区,熔敷金属区和母材区均以Fe、Mn、C元素为主,表明该管道缺陷是由于高温烧蚀损伤所致。此外,通过文献调研,对缺陷宏观表象进行了对比分析,明确了管道高温烧蚀损伤的具体热源,确定了该管金属损失缺陷为雷击电弧放电烧蚀损伤。 展开更多

关键词 金属损失 熔敷金属 电弧放电 烧蚀损伤

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井下火箭发射燃气对消音层冲蚀损伤模型及特性 被引量：1

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作者 李良 冯永保 +1 位作者 马长林 夏文龙 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期798-807,共10页

井下火箭发射过程中消音层在发动机高温、高速燃气流作用下存在冲蚀损伤,会影响火箭发射安全,系统分析消音层燃气冲蚀损伤特性,对消音层的后期修复以及地下井结构优化具有重要意义。消音层冲蚀损伤是复杂的热-流体-固体多场耦合问题,以... 井下火箭发射过程中消音层在发动机高温、高速燃气流作用下存在冲蚀损伤,会影响火箭发射安全,系统分析消音层燃气冲蚀损伤特性,对消音层的后期修复以及地下井结构优化具有重要意义。消音层冲蚀损伤是复杂的热-流体-固体多场耦合问题,以典型玻璃丝棉消音层为例,建立玻璃丝棉相变传热和烧蚀损伤数学模型;基于燃气流场数据提取与预处理、插值程序编写和有限元分析软件Abaqus用户子程序开发,搭建消音层燃气冲蚀损伤仿真平台,采用子模型技术,建立玻璃丝棉烧蚀数值仿真模型;对玻璃丝绵烧蚀过程进行仿真,并分析地下井井筒直径、燃气射流初始冲击高度及发动机建压速率3个因素对玻璃丝棉烧蚀损伤的影响;通过玻璃丝棉原理性冲蚀试验对数值仿真模型进行验证。结果表明:玻璃丝棉普遍发生烧蚀,且主要发生在回流和失稳阶段,沿地下井周向分布差异较小,沿轴向越靠近底部烧蚀越严重;减小井筒直径或增大建压速率将加剧烧蚀,增大冲击高度会减少烧蚀;试验结果显示玻璃丝棉都有一定的烧蚀,证明建立的仿真模型是正确的。 展开更多

关键词 火箭发射 地下井 燃气流 玻璃丝棉 消音层 热-流体-固体耦合 烧蚀损伤

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超短脉冲激光烧蚀绝缘体材料机理的耦合理论模型

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作者 林晓辉 孙元征 +1 位作者 杨决宽 陈云飞 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期1029-1034,共6页

基于电子能带理论,以动力论的Fokker_Planck方程为基础,从微观层次对超短脉冲激光烧蚀绝缘体材料的机理进行分析研究.源项中分别考虑了雪崩电离、多光子电离机制,并考虑了电子能量与散射机制对电子弛豫时间的影响.建立了绝缘体烧蚀机理... 基于电子能带理论,以动力论的Fokker_Planck方程为基础,从微观层次对超短脉冲激光烧蚀绝缘体材料的机理进行分析研究.源项中分别考虑了雪崩电离、多光子电离机制,并考虑了电子能量与散射机制对电子弛豫时间的影响.建立了绝缘体烧蚀机理的耦合数学模型,其计算的激光烧蚀临界能量密度阀值与实验结果很好的吻合.定量描述了超短脉冲激光对绝缘体材料烧蚀微观过程的影响. 展开更多

关键词 超短脉冲激光 雪崩电离 多光子电离 烧蚀损伤

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含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤特征分析 被引量：13

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作者 尹俊杰 李曙林 +2 位作者 姚学玲 常飞 张先航 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期104-111,共8页

为了对含紧固件复合材料层压板的雷击烧蚀损伤特征进行分析,根据雷击过程中的能量平衡关系,建立了含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤数学分析模型。基于该分析模型,在ABAQUS中建立了含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤分析... 为了对含紧固件复合材料层压板的雷击烧蚀损伤特征进行分析,根据雷击过程中的能量平衡关系,建立了含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤数学分析模型。基于该分析模型,在ABAQUS中建立了含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤分析三维有限元模型,并对不同电势边界条件下的雷击烧蚀损伤进行了分析。分析结果表明:由于金属紧固件的存在,雷电流可以通过紧固件沿层压板结构厚度方向传导,然后在各铺层内进行电流分配,各方向铺层传导雷电流的能力与该层电势梯度方向和电势梯度方向的电导率有关;在不同的电势边界条件下,各层的电势分布有所差异,从而导致了各铺层传导雷电流能力的不同,最终引起不同的雷击烧蚀损伤分布。通过本文的研究,能够对含紧固件复合材料层压板结构的雷击烧蚀损伤特征有定性的认识。 展开更多

关键词 复合材料层压板 紧固件 雷电流 烧蚀损伤特征 热-电耦合分析

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复合材料电导率对雷击烧蚀损伤程度的影响 被引量：12

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作者 肖尧 李曙林 +2 位作者 王育虔 常飞 尹俊杰 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期123-131,共9页

根据雷击过程中能量转换关系,建立基于热-电耦合的复合材料雷击烧蚀损伤分析模型,该模型考虑了复合材料电导率随热解度的变化。通过该模型,对比复合材料三个方向电导率多个数量级变化后的雷击烧蚀损伤。结果表明:在相同雷电流参数下,复... 根据雷击过程中能量转换关系,建立基于热-电耦合的复合材料雷击烧蚀损伤分析模型,该模型考虑了复合材料电导率随热解度的变化。通过该模型,对比复合材料三个方向电导率多个数量级变化后的雷击烧蚀损伤。结果表明:在相同雷电流参数下,复合材料沿不同方向的电导率变化对雷击烧蚀损伤影响程度不同;沿纤维方向电导率提升,表观损伤面积和损伤深度均下降;垂直于纤维方向电导率提升,表观损伤面积增加,损伤深度下降;沿厚度方向电导率提升,表观损伤面积下降,损伤深度增加;三个方向任一电导率提升,复合材料总体的损伤体积均下降,当各方向上的电导率分别提高1、2、3个数量级,损伤体积影响程度最大的是沿纤维方向变化,分别降低47.83%、75.08%和97.82%,沿厚度方向变化影响程度次之,分别降低36.25%、53.44%、65.54%,垂直于纤维方向影响程度最小,分别降低8.72%、12.58%和24.76%;提高复合材料电导率,能够对雷击防护起到明显作用,对于防雷击效果的全面评估需要二维损伤和三维损伤相结合。 展开更多

关键词 雷击烧蚀损伤 电导率变化 损伤体积 全面评估

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