一种可扩展设计的雷击损伤测试系统

本发明涉及材料测试实验，尤其是涉及一种可扩展设计的雷击损伤测试系统。

背景技术：

1、纤维增强复合材料由于具有质量轻、力学性能优良等特点，已被广泛应用于航空航天、运输、风力发电等领域。但由于其低电导率和热导率的特性，当在使用环境中受到雷击时，相较于金属材料，电流会在较小区域内发生聚集，产生大量焦耳热，对于复合材料中的树脂基体来说，这些热量会促使基体分解，破坏复合材料的完整性，从而对复合材料造成严重的破坏。

2、比如在航空飞机中，复合材料主要应用于飞机蒙皮，但由于其低电导率和低热导率的特性，一旦在飞行过程中受到雷击的作用时，雷电流会在较小区域内产生聚集现象，从而产生大量的焦耳热、导致负荷材料发生严重损伤。因此有必要研究复合材料层压板在受到雷电流的作用后出现的损伤情况，目前的主流方式是通过对复合材料板进行雷电流的损伤实验，以获取复合材料在受到雷击作用后的损伤特性，从而进行更深入的探究。

3、传统的人工雷击试验中，一般会根据试验件尺寸，加工出对应的绝缘夹具用于雷击试验，若试验件的尺寸发生变化，就要重新定制绝缘夹具，造成大量材料浪费。另有许多团队设计了尺寸可调的试验夹具，但是夹具设计较为复杂，且在试验件的边界条件控制，如多边接地、底部接地、边界固定等方面，难以同时满足所有边界条件的要求。此外，由于夹具扩展功能上的不足，导致难以增加其他观测手段以满足采集数据的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，能够完成不同尺寸的试样、不同边界条件、不同位置的雷电流释放点的试验需求，并且可支持扩展测量测试装置，从而满足不同的数据采集需求。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，包括用于适应安装不同尺寸试验件的试件固定装置、用于传导雷电流并释放至试验件设定位置的雷电流释放装置、用于产生雷电流的雷电流发生器以及用于采集数据的测量观测装置，所述雷电流发生器与雷电流释放装置相连接，所述雷电流释放装置可拆卸地连接安装于试件固定装置，所述测量观测装置设置于试验件的上方或下方。

3、进一步地，所述试件固定装置包括开设有多个螺纹通孔的螺纹平台，所述螺纹平台上可拆卸地安装有用于夹持试验件的固定夹，所述螺纹平台为水平放置或垂直放置。

4、进一步地，所述试验件与固定夹之间设置有镂空绝缘垫片，所述试验件与螺纹平台之间设置有绝缘垫片，所述绝缘垫片根据不同边界条件进行相应设定。

5、进一步地，所述雷电流释放装置包括可拆卸地安装于螺纹平台的绝缘支柱，所述绝缘支柱上连接有导电片，所述导电片的一端安装有放电电极，所述放电电极与试验件之间设有间距。

6、进一步地，所述雷电流发生器的输出端与导电片相连接。

7、进一步地，所述导电片活动连接于绝缘支柱上，使得导电片能够在绝缘支柱上发生位置上下移动和转动。

8、进一步地，所述绝缘支柱具体为t型结构，所述绝缘支柱的底部两端分别与螺纹平台相连接。

9、进一步地，所述螺纹平台为垂直放置时，所述螺纹平台连接有用于支撑稳固螺纹平台的支架，所述支架为三角形结构。

10、进一步地，所述测量观测装置具体为接触式测量装置或非接触式测量装置。

11、进一步地，所述螺纹平台上对应安装试验件的位置开设有通孔，以便于测量观测装置设置于试验件的下方时进行数据采集。

12、与现有技术相比，本发明通过设置试件固定装置，利用试件固定装置能够适应安装不同尺寸试验件，并在试件固定装置上可拆卸地安装有雷电流释放装置、将雷电流释放装置与雷电流发生器相连接，此外，在试验件的上方或下方设置测量观测装置，由此使得雷电流释放装置能够将雷电流发生器输出的雷电流传导并释放至试验件的指定位置，同时能够利用测量观测装置采集实验数据，实现针对不同尺寸、不同边界条件试验件进行准确测试的目的，能够满足不同的数据采集需求。

13、本发明在试件固定装置设置螺纹平台，螺纹平台上开设多个螺纹通孔，从而为其他装置的排布安装提供空间，在实际使用时，利用螺纹平台以及固定夹对不同尺寸的试验件进行固定，此外，根据试验件尺寸的不同调节绝缘垫片的设置，能够很好地满足不同边界条件的设定。

14、本发明中，雷电流释放装置包括绝缘支柱，绝缘支柱用于支撑连接导电片同时安装于螺纹平台，即雷电流释放装置能够固定于螺纹平台上的任何位置，装卸灵活方便、节省空间；导电片的一端则固定连接放电电极，保证放电电极与螺纹平台上试验件之间存在间距，由于导电片活动连接于绝缘支柱，使得导电片能够在绝缘支柱上发生位置上下移动和转动，即能够调节放电电极的位置，从而达到方便可靠调节雷击点位置的目的。

15、本发明设计螺纹平台的姿态为水平放置或垂直放置，能够进一步适应不同空间观测的需求，当螺纹平台姿态为垂直放置时，利用三角形结构的支架辅助支撑；本发明在螺纹平台上对应安装试验件的位置开设通孔，能够满足测量观测装置在试验件下方进行测量观测的需求。由此实现一种可扩展设计方案，能够充分利用空间安装如冲击力测量传感器等多种接触式或非接触式的测量观测装置，从而满足更多试验数据采集的要求。

技术特征：

1.一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，其特征在于，包括用于适应安装不同尺寸试验件的试件固定装置、用于传导雷电流并释放至试验件设定位置的雷电流释放装置、用于产生雷电流的雷电流发生器以及用于采集数据的测量观测装置(8)，所述雷电流发生器与雷电流释放装置相连接，所述雷电流释放装置可拆卸地连接安装于试件固定装置，所述测量观测装置(8)设置于试验件的上方或下方。

2.根据权利要求1所述的一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，其特征在于，所述试件固定装置包括开设有多个螺纹通孔的螺纹平台(1)，所述螺纹平台(1)上可拆卸地安装有用于夹持试验件的固定夹(3)，所述螺纹平台(1)为水平放置或垂直放置。

3.根据权利要求2所述的一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，其特征在于，所述试验件与固定夹(3)之间设置有镂空绝缘垫片(2)，所述试验件与螺纹平台(1)之间设置有绝缘垫片(2)，所述绝缘垫片(2)根据不同边界条件进行相应设定。

4.根据权利要求2所述的一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，其特征在于，所述雷电流释放装置包括可拆卸地安装于螺纹平台(1)的绝缘支柱(7)，所述绝缘支柱(7)上连接有导电片(5)，所述导电片(5)的一端安装有放电电极(6)，所述放电电极(6)与试验件之间设有间距。

5.根据权利要求4所述的一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，其特征在于，所述雷电流发生器的输出端与导电片(5)相连接。

6.根据权利要求4所述的一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，其特征在于，所述导电片(5)活动连接于绝缘支柱(7)上，使得导电片(5)能够在绝缘支柱(7)上发生位置上下移动和转动。

7.根据权利要求4所述的一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，其特征在于，所述绝缘支柱(7)具体为t型结构，所述绝缘支柱(7)的底部两端分别与螺纹平台(1)相连接。

8.根据权利要求1所述的一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，其特征在于，所述螺纹平台(1)为垂直放置时，所述螺纹平台(1)连接有用于支撑稳固螺纹平台(1)的支架(4)，所述支架(4)为三角形结构。

9.根据权利要求1所述的一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，其特征在于，所述测量观测装置(8)具体为接触式测量装置或非接触式测量装置。

10.根据权利要求1所述的一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，其特征在于，所述螺纹平台(1)上对应安装试验件的位置开设有通孔，以便于测量观测装置(8)设置于试验件的下方时进行数据采集。

技术总结
本发明涉及一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，包括用于适应安装不同尺寸试验件的试件固定装置、用于传导雷电流并释放至试验件设定位置的雷电流释放装置、用于产生雷电流的雷电流发生器以及用于采集数据的测量观测装置。其中，雷电流发生器与雷电流释放装置相连接，雷电流释放装置可拆卸地连接安装于试件固定装置，测量观测装置设置于试验件的上方或下方。与现有技术相比，本发明为实现同时探究雷电流作用下复合材料的损伤特性和满足多种观测测量需求的目标，提出了一种可扩展设计的雷击损伤测试系统，使用一套系统即可完成不同尺寸试样、不同边界条件、不同位置雷电流释放点的试验需求，并且可支持扩展测量观测装置，满足不同的数据采集需求。

技术研发人员：谢敏骐,卞嘉鹏,肖慈恩,陈致利,范寅,刘亚坤,陈秀华
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12