碳纤维环氧树脂复合材料由于其优越的性能,在航空领域发展十分迅速。但该材料受热发生的软化和热解会导致其难以承受外部载荷,进一步发生变形并最终失效。由于不确定参数的存在,基于确定性框架体系的复合材料热响应分析往往难以对材料真实的安全性能进行合理评估。因此,考虑参数不确定性对复合材料热响应模型的影响具有十分重要的理论以及工程意义。本文建立了碳纤维环氧树脂复合材料的热物性及反应动力学模型,基于不确定性分析方法开展碳纤维环氧树脂复合材料热响应分析,支持复合材料机身防火设计及适航验证。本文通过碳纤维环氧树脂复合材料热物性测试实验,采用热分析技术进行TG实验,以及Kissinger法、Friedman法、Ozawa法求解Arrhenius反应动力学参数,建立参数模型,并由Ozawa方法求得的活化能随转化率变化趋势与Friedman方法结果相接近,验证结果的准确性。基于一维热响应模型,通过碳纤维环氧树脂复合材料层合板单侧受热实验,验证该热响应数学模型正确性与有效性。针对热物性参数和反应方程常数进行局部和全局灵敏度分析,并通过Sobol采样和拉丁超立方采样对模型的输出响应进行不确定性分析。研究发现,该复合材料在惰性气氛下热降解分三个阶段进行,第一阶段主要是水分干燥和二氧化碳逸出。第二阶段为环氧树脂基体的分解,第三阶段是聚合物的进一步热解。在空气中,则增加碳纤维的氧化分解阶段。动力学分析证实碳纤维环氧树脂复合材料在惰性气体下的热分解反应是多步的,由Coats-Redfern方法得出该材料热降解反应机理服从F4模型。由灵敏度分析发现,指前因子和分解热对温度-时间历程的影响可以忽略,而活化能、反应级数、原始材料比热容和原始材料热导率的影响是较为显著的。对于密度,活化能的影响程度是最大的,全局系数占比67.09%。Sobol采样比拉丁超立方采样分散性更强,而后者采样结果更均匀;这种不同在表面处更加明显,而在背面处,Sobol采样与拉丁超立方采样在主要置信区间内累积分布函数曲线基本一致。