热塑性复合材料韧性好、可回收,是未来复合材料的发展方向,“原位固结”则是高效低成本制造大型复合材料构件的关键。本文以热塑性复合材料自动铺放“原位固结”成型为研究背景,分析“原位固结”关键技术、开展热塑性复合材料自动铺放技术研究。通过优化预浸纱张力与铺放速度匹配,实现预浸纱动态恒张力铺放,确保成型构件质量以及调控铺放速度与送纱协调,实现精确定位、保障成型构件尺寸,成功研制出热塑性复合材料自动铺放原理样机、实现玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的原位固结制造。针对热塑性复合材料自动铺放过程中温度历程对构件成型质量的重要性,建立热塑性复合材料自动铺放过程中热风加热温度场二维数学模型及热传递边界条件。通过有限元软件模拟热源随铺放头移动、铺放过程中预浸料不断被铺叠到底层预浸料上,获得复合材料铺层的温度场分布情况,同时针对不同的铺放速度,确定合理的热风枪热气温度范围。通过构建基于WinCC flexible的温度场在线测量系统,进行多次玻璃纤维增强聚丙烯复合材料铺放试验,对铺层温度进行在线采集和存储,验证有限元仿真模型的正确性。针对热塑性复合材料自动铺放过程中铺放速度会在较大范围内变动的特点,提出一种高速率响应的红外线辐射加热技术。通过分析红外辐射与铺层间的能量传输过程,构建红外加热过程中动态恒温控制模型,匹配红外辐射强度与铺放速度之间的关系。基于热塑性复合材料自动铺放原理样机,搭建红外加热恒温控制系统,系统采用前馈控制方式,根据动态恒温控制模型,制定相应控制策略,实现自动铺放过程中对预浸料高速率响应红外辐射加热。热塑性复合材料自动铺放成型构件的力学性能受其结晶度影响较大,本文结合Avrami方程研究玻璃纤维增强聚丙烯复合材料自动铺放成型过程非等温结晶动力学,建立非等温结晶动力学模型,并通过构建冷压辊下方铺层的冷却模型,将结晶动力学模型和传热模型耦合,设定自动铺放成型过程中的冷却条件,探讨冷却速率及冷却时间对基体材料结晶行为的影响,求解出不同冷却速率下的最大铺放速度,分析结晶度与成型构件层间剪切强度、压缩强度及冲击强度的关系。基于热塑性复合材料自动铺放平台,以连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸纱为原料制备复合材料层合板,以层合板的力学性能如层间剪切强度、压缩强度及冲击强度为优化目标,根据响应曲面法原理设计试验,分析热气温度、热压辊压力及冷压辊压力各工艺参数及其耦合作用对层合板力学性能的影响,建立各工艺参数与层合板力学性能的二次多项式回归方程的预测模型,通过预测值与实际值对比等检验分析,验证回归模型的有效性和可靠性,进而获得热塑性复合材料自动铺放成型最优工艺参数。采用扫描电镜对成型构件层间剪切破坏和冲击破坏的断口进行观察,分析纤维浸渍情况及构件破坏断裂形貌。