答辩博士：何永喜
指导教师：李迎光教授 张卓然教授
论文题目：复合材料构件固化厚度精确控制基础研究
答辩委员会
主席：李东波 教授 南京理工大学
委员：赵建平 教授 南京工业大学
肖 军 教授 南京航空航天大学
周来水 教授 南京航空航天大学
张丽艳 教授 南京航空航天大学
张卓然 教授 南京航空航天大学
李迎光 教授 南京航空航天大学
秘书：许可 副教授 南京航空航天大学
时间：2021年03月26日16:00
地点：南航明故宫校区A15#341
学位论文简介：
纤维增强树脂基复合材料轻质、高强，已成为高端装备减重增效的优选材料。在高温高压的固化中，复合材料表面施加的均匀气体压力场会在构件内产生非均匀的时变树脂压力场，使得复合材料构件固化厚度难以控制。固化厚度超差不仅影响构件外形精度，而且严重降低构件使用性能，本文突破现有方法通过复合材料表面局部压力静态补偿减小厚度误差的思路，提出通过监测并动态调控构件内部树脂微流动以精确控制固化厚度的思路。
论文主要完成的工作及取得的成果如下：
（1）在复合材料中引入定制的超浸润涂覆层光纤，通过分析树脂和增强纤维之间、树脂与引入的光纤之间表面作用力，研究了纤维间树脂微流动实时监测的原理。基于自由体积理论和洛伦-洛兹方程，建立了温度变化、树脂流动和监测信号之间的定量耦合关系，研究了树脂流动信号解耦方法。
（2）根据树脂压力分布将构件划分为多个树脂压力接近的区域，在辅助材料隔离膜上开一定数量、大小的微孔形成流阻式微流阀，阻断区域之间树脂的互流，建立了开孔尺寸与微流阀阻流效果之间的定量关系，并给出了微流阀组在构件型面上的布局模型。
（3）基于每个区域实时监测到的纤维间树脂微流动状态，给出了压力自适应控制策略，独立控制每个区域的压实过程，逐区非同步压实整个构件。
主要创新点如下：
（1）提出了复合材料纤维间树脂微流动实时监测方法。针对复合材料纤维间树脂流动难以监测的问题，结合前沿理论从流体力学学科引入微流动概念，在复合材料中沿增强纤维方向引入超浸润涂覆层光纤，构造一种毛细压力呈高-低-高阶跃式分布的流动微结构，给出了毛细压力分布与光纤涂覆层浸润接触角之间的定量关系，进而建立了树脂流动、温度变化和监测信号之间的解耦方法，实现复合材料纤维间树脂微流动的实时监测。
（2）提出了复合材料构件内树脂流动分区方法。针对构件内非均匀树脂压力场引起大范围树脂流动的问题，根据树脂压力分布将构件划分为多个树脂压力接近的区域，在辅助材料隔离膜上开一定数量、大小的微孔形成流阻式微流阀，阻断区域之间树脂的互流，建立了开孔尺寸与微流阀阻流效果之间的定量关系，并给出了微流阀组在构件型面上的布局模型，实现构件内树脂分区域流动。
（3）提出了复合材料构件逐区非同步压实方法。针对现有压力工艺曲线下构件压实过程难以控制的问题，基于每个区域实时监测到的纤维间树脂微流动状态，给出了压力自适应控制策略，在加压过程中从低到高逐渐升高气体压力，为各区域在线匹配稳定压实的压力大小和压实时间，独立控制每个区域压实过程，逐区非同步压实整个构件，实现复合材料构件固化厚度的精确控制。
