This work is concerned with the development of a numerical modelling approach for studying the time-accurate response of aerospace fasteners subjected to high electrical current loading from a simulated lightning strike. The electromagnetic, thermal and elastoplastic response of individual fastener components is captured by this method allowing a critical analysis of fastener design and material layering. Under high electrical current loading, ionisation of gas filled cavities in the fastener assembly can lead to viable current paths across internal voids. This ionisation can lead to localised pockets of high pressure plasma through the Joule heating effect. The multi-physics approach developed in this paper extends an existing methodology that allows a two-way dynamic non-linear coupling of the plasma arc, the titanium aerospace fastener components, the surrounding aircraft panels, the internal supporting structure and internal plasma-filled cavities. Results from this model are compared with experimental measurements of a titanium fastener holding together carbon composite panels separated by thin dielectric layers. The current distribution measurements are shown to be accurately reproduced. A parameter study is used to assess the internal cavity modelling strategy and to quantify the relation between the internal cavity plasma pressure, the electrical current distribution and changes in the internal cavity geometry.


翻译:这项工作涉及开发一个数字建模方法,用于研究受模拟闪电打击中高电流装填的航空航天紧固器的时间精确反应。通过这种方法可以捕捉到单个紧固部件的电磁、热和弹性反应,以便对紧固设计和材料层进行批判性分析。在高电流装载下,快速装配中气填充孔的电离子化可导致跨越内部空隙的可行路径。这种电离化可导致通过Joule加热效应将高压等离子带本地化。本文中开发的多物理方法扩展了一种现有方法,允许等离子弧、钛航空航天紧固化器组件、周围飞机板、内部支持结构以及内装等离子孔进行双向动态非线性动态组合。这一模型的结果与由薄的二电层分离的碳复合板一起储存的钛紧固硬体的实验性测量结果相比较。目前的分布测量结果将准确地复制出来。一项参数研究用于评估等离子体、钛航空航天加速度建模战略与内部等离的内压变化。

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