金属与合金（以下简称“金属”）材料是电力、油罐、飞机等系统中使用的基础材料,其遭受雷电冲击易引起巨大灾难和经济损失,试验研究是雷电流金属损伤研究的主要手段。70%的地面落雷过程具有多重性,各雷电流分量具有差异明显的参数特点,造成金属的损伤机理和损伤特性差别较大,结合实际雷电流特性研究金属的损伤机理和损伤特性是雷电防护的基础。本研究借助研制的多波形多脉冲实际雷电流模拟试验设备开展试验,讨论雷电流金属损伤试验方法及其影响因素,建立雷电流金属温升模型,研究不同雷电流分量和多分量雷电流连续作用下油罐用典型金属材料的损伤机理与损伤特性,主要研究内容和得到的结论有:（1）分析国内外不同研究机构和标准中对雷电流参数的观测数据和总结结果,确定了雷电流金属损伤试验中需考虑的实验室模拟雷电流波形及其参数;改进了试验电极材料,研究了不同雷电流分量作用下电极形状、引燃铜丝直径和试验距离对金属损伤试验结果的影响,提出了适于雷电流金属损伤试验中放电特征分析的准二维放电模型,分析了不同试验条件下产生试验结果差异的原因;综合上述分析,建立了一种可减轻电极喷射并解决电弧能量受约束问题的雷电流金属损伤试验方法。（2）针对末次回击后的长持续时间雷电流分量作用下雷击点所在金属表面温升难以测量的问题,建立了基于控制容积有限元法（CVFEM）的雷电流金属温升模型,该模型采用CVFEM剖分研究对象,利用有限差分法（FDM）建立和求解四种类型节点的温度控制方程,采用热沉处理方法和等价热容法提高了材料在相变过程中温度分布分析的时域准确性。计算得到:模拟末次回击后的长持续时间雷电流分量（电流幅值为404 A、持续时间为520 ms）作用下,3003铝合金雷击点所在表面的最高温度为10800 K,金属的损伤面积、损伤深度、温升及相变过程所需总能量的计算值分别为298.7 mm~2、3.1 mm和6710.1 J,相对于试验测量结果的误差分别为4.9%、6.1%和6.0%。（3）采用（1）中确定的雷电流金属损伤试验方法研究了不同雷电流分量作用下油罐用典型金属材料（3003铝合金和钢Q235B）的损伤特征和温升特性,改变四种典型雷电流分量（首次短时间回击电流分量、后续短持续时间回击电流分量、回击间长持续时间雷电流分量和末次回击后长持续时间雷电流分量）的幅值、转移电荷量和作用积分等参数进行了金属损伤试验研究,得到了不同雷电流分量及其参数对金属损伤特征和温升特性的影响,采用积矩分析方法和数值拟合方法,建立了雷电流参数与金属损伤特征和温升特性的量化关系。（4）采用高分辨扫描电子显微镜（SEM）、X射线能量色散分析（EDS）和显微硬度测量仪等方法分析了典型金属材料在不同雷电流分量作用后的表面微观损伤形貌、剖面损伤组织特征、元素含量变化和显微硬度变化等,结合不同雷电流分量的参数特点及其与金属作用过程中的电-热-力联合分析,得到了不同雷电流分量作用下金属的损伤机理和损伤特性;对具有金相温度敏感特性的金属,进一步研究了末次回击后长持续时间雷电流分量产生的持续电弧激励下金属的时变温升响应和微观损伤组织特征,得到了金属时变温升特性与不同特征金相组织出现的对应关系。（5）开展了多分量雷电流连续作用下金属的损伤机理和损伤特性研究,采用SEM、EDS和显微硬度测量仪观测了试验后金属的表面微观损伤形貌、剖面损伤组织特征、元素含量变化和显微硬度变化,结合（3）～（4）中不同雷电流分量下金属损伤机理和损伤特性的认识,分析了多分量雷电流连续作用对金属损伤特性的影响,总结得到了多分量雷电流连续作用下金属损伤出现的典型特征。