厚截面热固性树脂基复合材料不仅在航空航天领域有着广泛的应用背景,而且在诸如舰船、土木工程以及汽车工业等领域也有着广阔的市场.和一般厚度的树脂基复合材料制造相比,厚截面树脂基复合材料的制造比较复杂,需要考虑诸如温度梯度、固化度不均匀、压实不均匀以及残余应力等因素的影响.为适应厚截面树脂基复合材料的研制和应用,需要对该类复合材料的制造工艺技术进行研究.重点研究了厚截面热固性树脂基复合材料制造过程中的固化反应、温度分布以及整个制造过程中的残余应力.建立了模拟复合材料整个制造过程的热传递、固化反应和残余应力的热-化学-粘弹性耦合模型,推导了相应模型的有限元公式.模型的建立根据实际原材料确定,这是预测、指导以及优化复合材料制造工艺的关键.在热-化学模型的有限元分析中强调了质量集中和自适应时间步的确定,粘弹性模型的有限元分析中强调了递推原理.热-化学分析用来预测构件内任意位置的温度和固化度历史,而粘弹性分析则预测构件内的残余应力.用差示扫描量热法(DSC)分别研究了HD03环氧树脂、5429双马来酰亚胺树脂以及碳纤维/双马树脂(T700/5429)预浸料体系的固化动力学模型及其模型参数.分析了纤维对固化动力学模型的影响.使用温度~扫描速率外推法确定了这些材料体系的固化工艺参数.为了解热固性树脂的工艺科学和正确确定热-化学模型中内热源大小奠定了基础.用有限元求解热-化学模型得到了构件内部的温度场和固化度场与时间、位置的关系.计算过程中不仅使用了预浸料体系的固化动力学模型以便考虑纤维的影响,而且将诸如密度、比热以及热传导率等物性参数也表达为温度和固化度的函数.最后,还分析了实际的热压罐法制造复合材料过程中必须的辅助材料、构件厚度以及工艺参数对温度场分布的影响.开发了一种测量复合材料构件残余应力的新型传感器——光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器.研究了光纤布拉格光栅(FBG)传感器的温度和应变传感原理及其相应的灵敏系数,用参考光栅法解决了FBG传感器的温度-应变交叉敏感问题.