随着风力发电的发展,风机面临愈加严峻的雷击风险。风机叶片是风力发电机各部分结构中最易受雷击的部位,且维修费用最高,引起的停机时间最长,且风机叶片的夹层部分又是叶片最易受雷击损坏的部位,因此针对风机叶片夹层材料的雷击损伤的研究显得尤为重要。目前对于风机叶片的雷击损伤研究多采用实验及仿真等手段进行宏观的定性研究,缺乏对材料损伤的内在机理的揭示。本文采用分子动力学模拟手段对两种常用叶片夹层部位的材料的雷击损伤特性及其损伤微观机理进行了定量分析,研究了电弧高温下的材料热解损伤、两种材料的机械强度损伤,以及材料中的气体、水分和材料热解产气等受热造成的膨胀造成的气体膨胀损伤,从而可以更精确、更方便、更直观的对不同材料的耐雷击效果进行评估比较,从原理上分析其损伤原因,为风机叶片的防雷提供了理论依据。为定量分析两种材料雷击损伤性能,首先对巴塞木和PVC的实际分子构成进行计算并据此建立分子体系模型,然后对两种材料分子体系模型进行基于ReaxFF力场的分子反应动力学模拟,观察其降解损伤过程,以及不同电弧热效应对降解过程的影响,同时研究了材料内部自身含水量对材料降解的影响。.在此基础上研究比较了两种材料的热解机理、机械强度和气体膨胀损伤等特性。发现相同热效应下PVC更容易分解变性,巴塞木热稳定性好于PVC;温度的升高均促进了两种材料的降解反应速率加深了反应程度;水分的存在促进了纤维素的热解反应;PVC中水分参与第二阶段的热解反应,一部分与碳链加成,一部分参与生成CO。由于巴塞木含水量较高,且吸水性较强,所以在制作风机叶片的时候应尽量出去其中水分并做好防潮工作,在潮湿地区采用PVC要优于巴塞木。在高温且光照强烈地区,巴塞木作为风机叶片夹层材料要优于PVC。计算两种材料机械强度参数发现,巴塞木刚度远高于PVC,两种材料本身含水量均提高了各自的机械强度,但巴塞木热解过程中机械强度下降严重;同体积巴塞木材料本身空隙空气及水分含量略多于PVC,但其热解产气数目远少于PVC,总气体分子数少于PVC,气体冲击损伤弱于PVC。为验证两种材料的雷击电弧热解损伤特性以及结构损伤特性,对两种夹层材料进行了内部电弧冲击损伤实验,并采用扫描电镜观察两种材料的损伤形貌,并对其剩余冲击强度进行了测试,另外对采用两种材料制作的风机叶片样本夹层部分进行大电流冲击实验,观察叶片夹层部分在冲击电流下的损伤特性。实验发现PVC材料的损伤电流明显小于巴塞木,且巴塞木损伤特性表现为纤维断裂及材料缺失,PVC损伤特性表现为内部结构变形及生成大量空隙,巴塞木残余强度高于PVC。相同冲击电流下PVC热解损伤更严重,这与分子模拟结果相印证。同时巴塞木与环氧树脂的分层现象更严重,这与巴塞木材料空隙率大粘合度低有关。可以看出,巴塞木比PVC热稳定性更好,耐雷击能力更强,但受其材料结构所限,制作时应注意提高夹层间的粘合度,以减弱其在雷电弧热效应下的材料分层现象。