复合材料的雷击直接效应仿真（一）

今天介绍一下雷击的直接效应仿真，模型以复合材料为例，分为上下两期，这期重点介绍复材建模和雷击仿真设置，下期将介绍多物理场计算温度的部分。

（关于复材，还可以参考学习另外一例：UAV无人机RCS仿真实例 - 双站, TLM求解器，各向异性Thin Panel，碳纤维复合材料CFRP）

首先分析雷击的电磁特性，雷击信号在us级别，对应频率为MHz，是非周期瞬态信号。因此选择低频时域求解器进行计算。

1. 进入低频工作室，选择LF Time Domain Solver，保存工程文件。

2. 修改单位如下：

3. 新建复合材料，选择材料类型各向异性Anisotropic，定义电导率。

4. 建立复材模型，这里以一个4层复材为例，纤维方向从上至下分布为0°，45°，-45°，90°（下图供参考理解）。

新建一个Brick，命名为layer 0，即纤维方向为0度，尺寸如下图，材料属性修改为CFC_ply。

工作界面将提示，各向异性材料需要local solid coordinates。激活局部坐标系，使其位于layer 0表面，其中u方向指向纤维方向，根据需要旋转局部坐标系，点击Shape Tools>Loal Solid Coordinates>Attach Active WCS，给各向异性材料定义方向。

使用Transform复制出另外三层layer 45, layer-45和layer90，按需要旋转坐标，重复以上步骤。

选择View SCS可查看所有定义好的坐标（为方便查看我给每一层分配了不同颜色）。

5. 设置雷击激励。

在复材最上表面激活局部坐标系，新建Cylinder，材料选择Air，建立一个圆柱体。

选择圆柱上表面，点击Simulation>Coil>Coil Segment，设置电流为1A。

圆柱体使命已完成，将其拖到Groups内Excluded from Simulation，使其不参与仿真，顺便右键隐藏一下，雷击激励源就有了，如下图。

但雷击信号并不是1A，我们需要另外定义雷击信号。在导航树Excitation Signals右键新建激励信号，选择双指数信号，这里定义了参数，如下图。

得到雷击电流，记得右键Use as reference才能奏效。

6. 设置边界条件：

7. 网格设置

低频时域求解器为四面体网格，为得到更好的仿真结果应在雷击点周边加密网格。利用局部坐标系和Shape Tools>Slice by UV plane工具，将复材最上一层分为三部分，以便加密中间部分。

设置局部网格

全局网格设置如下

所得网格如下

8. 设置磁场、电流密度和欧姆损耗监视器，步进长度为0.1us。

9. 求解器设置，为节约仿真时间，这里将仿真时长设为2us，开始仿真。

10.电流密度仿真结果如下：

在1.5us时不同层的电流密度的结果：

第一层0°

第二层45°

第三层-45°

第四层90°

可以看到电流分布沿材料的导电方向，电流密度在最外层最高，向内逐渐减少。

其它仿真结果不赘述了，下期我们介绍多物理场热仿真部分。