碳纤维增强复合材料具有比强度和比模量高、密度低、耐腐蚀性好、结构可设计性强等一系列优点,已在航空航天领域得到了日益广泛的应用,尤其在民航运输领域中,复合材料在民机设计制造过程中所占的比例迅速增长。统计表明,民航客机每飞行3000小时就存在一次遭受雷击的风险,在雷雨区域,遭受雷击的可能性将会更大。复合材料的电导率较低,若缺乏足够的防护措施,在遭受雷击之后,使用复合材料制造的部位通常会出现比传统金属框架的飞机更为严重的结构损伤,因此,采用大量复合材料制造的新型飞机的雷击防护是一个对航空运行安全具有重大影响的关键问题。本文通过有限元数值仿真和人工雷击实验相结合的方式,研究了在不同防护方式的保护下,碳纤维增强复合材料层压板在冲击电流作用下的损伤情形。本文使用三维建模软件CATIA V5R21建立了层合结构的3D几何模型,之后将其导入ANSYS Worbench中建立有限元模型,对碳纤维增强复合材料层压板进行了“电-热-结构”的多物理场耦合分析,以研究采用不同雷击防护方式的CFRP层压板对雷电流的防护效果。此外,本文还利用ANSYS Workbench集成的后处理功能分别获得了层压板内外的整体应力分布、温度场、结构整体总变形、单一铺层变形和热应力的分布云图以及变化曲线等结果,得到了雷击损伤在复合材料层压板表面和内部的主要分布区域。本文采用树脂传递模塑闭模成型(RTM)工艺,以T300碳纤维为增强体,DR331改性环氧树脂为基体制备了复合材料层压板试件,并在相同测试条件下,进行了人工雷击实验。为避免CFRP试件被冲击电流击飞而造成安全隐患,本文还使用CATIA设计了一套用于在实验过程中夹持和固定试件的快速拆装夹具,并根据实测结果分析了雷电流对复合材料层压板造成的局部碳化、纤维断裂或分层等损伤的原因。最后,本文对仿真和实验结果进行了总结,同时对复合材料雷击损伤与雷击防护未来的发展方向做出了展望。