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碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)在装配过程中需要大量的定位孔和铆接孔来进行连接,因此高质量的制孔对复合材料结构件装配尤为重要。然而,复材的各向异性、层间强度低导致制孔中易出现分层、撕裂等缺陷。一旦产品加工质量不合格,将导致昂贵的复材构件因无法修补而报废,或因为力学性能退化而带来严重安全隐患。对CFRP在钻削过程中的缺陷进行实时监测,防患于未然是确保复合材料结构安全运行的有效方法。本文针对碳纤维复合材料层合板钻削加工缺陷识别问题,选取钻孔周围的温度和应变两个物理量,开展分层缺陷产生机理及在线监测研究,为碳纤维复合材料层合板的高效钻削、加工工艺参数优化提供重要手段。论文主要研究内容包括以下几个方面:(1)综述CFRP层合板钻孔加工技术以及产生缺陷的机理;分析比较碳纤维复合材料分层缺陷的检测方法,选取基于温度和应变的钻削缺陷监测方法。(2)基于分布式光纤传感技术,设计一种阵列排布的光纤传感器布设方案,发展采用导热毛细管封装的应变不敏感光纤温度传感技术;研究光纤间距对钻孔周围全温度场获取的影响,优化光纤埋入工艺及铺设间距。(3)采用MATLAB软件,建立分布式光纤传感器的测量数据模型,构建CFRP钻削过程钻孔周围的温度分布,进而分析钻削过程切削热的扩散过程,深入研究不同钻削工艺参数下孔周最高温度的分布规律。(4)通过参考光纤法实现具有温度补偿的CFRP孔周应变测量,并对切削过程进行分阶段的详细分析,并得出当主切削刃完全进去CFRP时孔周的应变最大。进一步提取切削过程中与分层缺陷有关的频率特征,通过短时傅里叶变换(STFT)得到其频率在不同钻削时间内的分布,发现当分层缺陷产生时出现新的频率成份,为检测得到分层缺陷信息提供新的思路和判别依据。(5)采用超声C扫描检测技术(C-SCAN),对T300复合材料板正交试验孔进行分层缺陷检测,借助图像处理方法对分层缺陷采用涉及最大分层直径和分层面积因素的分层因子进行定量评估,进而得到钻削工艺参数下产生的温度和应变对分层缺陷的影响规律。