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工程复合材料构件正在逐渐由小型化向大型化转变。近年来典型巨型玻璃纤维增强聚合物基复合材料(GFRP)工程构件——风力发电机叶片的研发和生产发展迅速,所用层合板部件的厚度和尺寸不断增大。本文在相关课题的支撑下对大尺寸GFRP厚板构件的真空灌注模塑成型(VIMP)工艺和性能表征方面的特殊性展开研究,包括大尺寸GFRP厚板构件VIMP工艺树脂灌注过程、GFRP厚板VIMP工艺固化过程温度分布和固化度分布、VIMP工艺成型GFRP层合板和含孔层合板的静态力学性能厚度尺寸效应等。首先,对大尺寸GFRP厚板构件的VIMP工艺树脂灌注过程展开研究。VIMP工艺灌注过程主要的控制参数是温度和流道布设。本文选择Huntsman1564/3486和惠利LT5078A/5078B-2两种具有代表性的VIMP工艺用环氧树脂体系,分析结果表明二者均属于添加活性稀释剂改性的低粘度双酚A环氧/混胺反应体系,固化反应级数分别为0.905和0.88。基于等温粘度-时间数据建立两种树脂体系的Dual-Arrhenius流变模型和工程粘度模型,用于描述树脂体系流变行为,并联立两种模型对树脂体系VIMP工艺窗口进行了预报,确定最佳灌注温度为35℃。随后,研究了GFRP大型工程构件常用的三种玻璃纤维增强织物:[0] UD织物、[0/45/-45]三轴向织物和[0/45/90/-45]四轴向织物的渗流特性和VIMP工艺用导流介质对流动行为的影响,根据结果确定了流道布设原则。对典型大尺寸厚板工程构件——40m长某型风机叶片叶根段和大梁的VIMP灌注工艺实践进行了指导,构件浸渍情况良好。其次,对GFRP厚板的VIMP工艺树脂固化过程温度分布和固化度分布展开研究。采用外推法确定了环氧树脂体系的固化特征温度,考察了最佳固化温度下厚板厚度方向温度分布。结果表明厚度的增加导致厚度方向温度差异和峰值温度增大,为避免过高峰值温度,厚板固化应分为预固化和固化两段进行。为研究温度差异对固化度分布的影响,本文提出了时间离散分步计算法,将一般基于等温条件建立的固化度模型应用范围扩展到非等温条件。建立了本文研究用环氧树脂树脂的两种等温条件下的固化度模型:Kamal模型和根据本文实验数据进行了修正的Olivier模型。采用时间离散分步计算法,计算了动态升温条件下的固化度-时间关系,计算值和实验值符合良好;固化起始阶段Kamal模型预测精度更高,固化反应后期尤其是最终固化度到达时间的预测,修正的Olivier模型精度更高。对典型厚板构件——85mm厚某型风机叶片叶根段小型试件厚度方向的固化度分布进行了计算。结果表明厚板预固化阶段依靠自身放热已达到较高固化度,温度差异导致的固化度差异可通过最佳固化温度下短时固化的方式消除,固化时间可根据计算结果确定。再次,从纤维含量、拉伸性能、短梁剪切性能、弯曲性能四个方面,对VIMP工艺成型多轴向织物增强GFRP层合板的厚度尺寸效应进行了实验研究和总结。结果显示纤维体积分数在厚度方向上均匀分布;当厚度大于10mm时,纤维体积分数不随织物铺层数目的增加而变化,[0]、[0/45/-45]和[0/45/90/-45]织物增强层合板的纤维体积分数分别稳定在57%、57%和54.5%。力学性能实验结果显示模量与试样尺寸基本无关,强度随试样厚度和尺寸的增大而下降,可应用Weibull概率模型描述强度尺寸效应,模型与实验值符合良好。[0]、[0/45/-45]和[0/45/90/-45]织物增强层合板拉伸强度尺寸效应Weibull模量分别为39.2、37.6和25.3;短梁剪切强度尺寸效应Weibull模量分别为39.7、38.3和27.6;弯曲强度尺寸效应Weibull模量分别为35.4、28.0和21.3。本文实验获得的强度尺寸效应Weibull模型可为大尺寸GFRP复合材料构件的工程设计提供有效的参考。最后,对VIMP工艺成型多轴向织物增强GFRP含孔层合板准静态拉伸强度厚度尺寸效应进行了研究。采用有限元方法分析了铺层数和厚度的增加对[0]和[0/45/-45]织物增强含孔层合板拉伸应力场的影响,结果显示其对拉伸应力场基本形态影响不大;[0]织物增强含孔层合板铺层数增加对孔周最大拉应力值和孔周应力集中因子的影响很小;而[0/45/-45]织物增强含孔层合板孔周最大拉应力值和孔周应力集中因子则随铺层数的增加而上升,上升趋势符合Boltzmann公式。实验研究了含孔层合板的拉伸强度厚度尺寸效应,结果显示孔径/板宽比分别为30mm/60mm和36mm/60mm时,[0]织物增强含孔层合板的Weibull模量分别为33.9和31.6,[0/45/-45]织物增强含孔层合板分别为26.4和20.8,均明显低于完好层合板Weibull模量值。厚度变化对含孔层合板强度比的影响并不明显。