飞行雷击场景下航天器复合材料损伤演化规律与防护多物理场仿真

导读：在加拿大温哥华国际机场，当地时间 3 月 3 日曾发生一起令人瞩目的事件。加拿大航空公司的一架波音 777 - 300 型客机，在准备起飞之际，遭遇了闪电的袭击。这架飞机上当时载有 550 名乘客，闪电击中飞机的瞬间，夜空被照亮，一道耀眼的蓝光瞬间穿透机身，这一幕被飞行学员伊森・韦斯特记录了下来。

无独有偶，近期一则飞机在飞行途中遭遇雷击的新闻同样引起了广泛关注。某航班在穿越一片雷雨云时，突然遭受强烈雷击，机身出现明显震颤，机上乘客惊恐万分。幸运的是，机组人员迅速采取应对措施，最终安全降落。这一系列事件再次将飞机防雷击的话题推到了公众面前。在现代航空领域，飞机大量使用复合材料，而复合材料在面对雷击时，有着特殊的损伤机制和防护需求。

飞机在飞行过程中，尤其是在对流层飞行时，极易遭遇雷电天气。据统计，平均每架飞机每年可能会遭遇 1 至 2 次雷击。雷电产生的强大电流和高温，对飞机结构构成严重威胁。当雷电击中飞机时，瞬间释放的能量可达数十亿焦耳，电流峰值可能超过 200 千安。对于金属机身的飞机，由于金属具有良好的导电性，雷击电流能够相对均匀地分布在机身表面，通过机身传导至其他部位，从而减少对局部结构的损害。然而，随着复合材料在飞机制造中的广泛应用，雷击问题变得更加复杂。

复合材料因其具有高强度、低密度、良好的耐腐蚀性等优点，在飞机结构中的使用比例不断增加。例如，波音 787 和空客 A350 等新型客机，复合材料的使用比例高达 50% 以上。但是，大多数复合材料的电导率远低于金属，这使得它们在遭受雷击时，无法像金属那样迅速传导电流。雷击电流集中在雷击点附近，产生极高的温度，导致复合材料发生烧蚀、分层、纤维断裂等损伤。这些损伤不仅会降低飞机结构的强度，还可能影响飞机的气动性能，严重威胁飞行安全。

新西兰航空公司一架航班在飞往印尼巴厘岛的途中遭遇雷击

为了深入了解复合材料在雷击下的损伤过程，科研人员开展了大量的研究工作，其中仿真技术发挥了重要作用。通过建立复合材料雷击损伤的仿真模型，可以模拟雷击电流在复合材料中的传导路径、温度分布以及材料的损伤演化过程。以碳纤维增强复合材料（CFRP）为例，在仿真中，首先需要考虑材料的电学、热学和力学性能参数。当雷击电流施加到 CFRP 层合板上时，电流会在纤维和基体之间传导。由于纤维和基体的电导率不同，电流分布并不均匀，导致局部产生较高的焦耳热。随着温度升高，基体树脂开始热解、熔化甚至汽化，形成高温高压气体，这些气体在材料内部积聚，可能引发材料分层和纤维断裂。

针对飞机复合材料雷击损伤及防护这一重要领域，我在仿真秀官网 特别开设了相关课程《基于Abaqus飞机复合材料雷击损伤及防护：打通建模仿真分析-损伤评估-工程应用全链路》，旨在为航空领域的专业人士和对该领域感兴趣的学员提供全面深入的学习机会。

1、为什么要学习这门课程

《基于Abaqus复合材料雷击损伤分析课程》的应用场景深度覆盖学术研究与工程实践两大领域，在学术端，可助力复合材料相关专业研究生开展 “雷击损伤机制”“防护方案优化” 等课题研究，为论文写作提供标准化的 Abaqus 仿真建模方法与多场耦合分析思路；在工程端，能支撑航空航天（飞机复合材料结构）、新能源（风电叶片）、高端装备制造等行业的工程师，解决雷击损伤评估、剩余强度检测、防护设计优化等实际项目问题。

其核心价值在于，既填补了学习者在复合材料雷击损伤多场耦合分析中的技术空白，通过 Python 与 Abaqus 结合、热解度子程序编写等实战内容，帮助掌握高端制造领域稀缺的高价值技能，又借助全套配套资料与讲师答疑服务降低学习门槛，让理论快速转化为可落地的分析能力，最终为学术成果产出与职业竞争力提升提供关键支撑。

2、课程大纲及内容安排

本课程讲解了如何通过abaqus软件对复合材料雷击损伤进行分析。通过考虑雷击过程的电-热-力-化学多场耦合，计算了复合材料雷击过程中的电场、温度场、损伤场及热解度场。同时也对复合材料雷击后的剩余强度进行了分析，讲解了不同场在计算中的传递方法，获得了雷击对复合材料的影响效果。

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基于Abaqus飞机复合材料雷击损伤及防护：打通建模仿真分析-损伤评估-工程应用全链路

以下是课程的具体安排

第1讲：复合材料雷击损伤及防护概述

第2讲：复合材料雷击损伤建模方法简介

第3讲：雷电流模型建模方法（通过python建立雷电流）

第4讲：热解度子程序编写方法

第5讲：复合材料雷击过程多场耦合分析

第6讲：模型间物理场传递方法及剩余强度分析

附件中包含模型cae文件、子程序文件、python文件。遇到问题欢迎加入VIP群答疑。

3、适用人群

如果你是航空领域的工程师、技术人员，或者是对飞机防雷击技术感兴趣的科研人员、学生，这门课程将为你提供宝贵的学习和提升机会。通过学习，你将深入了解飞机复合材料雷击损伤及防护的相关知识和技术，为保障飞机飞行安全贡献自己的力量。欢迎大家踊跃报名参加！订阅用户可以加入VIP群 交流，提高学习效率和积累人脉资源。