答辩博士：刘舒霆
指导老师：李迎光教授、曲宁松教授
论文题目：CFRP构件分区自阻电热固化变形控制方法
答辩委员会：
主席：李东波教授 南京理工大学
委员：李小平教授 东南大学
赵建平教授 南京工业大学
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
曲宁松教授 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：2022年03月14日10:00
地点：南航明故宫校区15#528
学位论文简介：
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)构件在高温固化过程中难以避免产生固化变形。CFRP构件固化变形影响因素众多，形成机制复杂，是新一代航空航天高端装备研制的重大瓶颈问题之一。在固化过程中调控温度工艺是控制固化变形的重要方法。本文面向CFRP构件固化变形控制对分区自阻电热温度场调控原理和方法进行了深入研究，主要创新点如下：
（1）提出了分区自阻电热固化变形控制新思路。传统方法未考虑几何特征等因素的影响，以均匀温度场为目标，但对于复杂CFRP构件，即使温度场完全均匀，由于几何特征等因素的影响，仍不可避免的产生固化变形。本文突破了传统方法的思路局限，给出了通过分区温度场对冲几何特征影响的固化变形控制研究思路，揭示了分区温度场对固化变形的影响机理，基于自阻电热实现三维分区温度场精确控制，为复杂CFRP构件的固化变形控制提供了一种新的有效途径。
（2）提出了对冲几何特征影响的分区温度场设计方法。针对传统固化变形瞬态预测模型计算效率低难以实际应用的问题，基于玻璃化转变点分区温度场是固化变形关键影响因素的分析，建立了多步稳态固化变形快速预测模型，给出了分区原则和温度场约束条件，基于遗传算法实现了目标分区温度场的迭代优化设计，通过典型试验件仿真对比分析，分区温度场方法较完全均匀加热方法固化变形量减少了30%以上，设计周期较传统方法缩短了75倍，为目标分区温度场设计由经验试错向模型自动迭代的模式转变奠定了基础。
（3）提出了分区自阻电热温度场精确控制方法。针对三维分区温度场精确控制问题，对碳纤维通电在复合材料内部形成若干高度取向且相互交叉的焦耳热束，建立了逆传热修正拉东变换热束投影计算模型，控制各焦耳热束的功率形成目标三维分区温度场。本方法在不向材料内添加任何发热元件和线缆的前提下，首次实现了分区温度场的精确控制。
（4）基于以上研究，开发了CFRP构件分区自阻电热固化系统，通过飞机典型试验件的分区自阻电热固化验证了本文方法的有效性，构件的固化变形显著减小。
主要创新点如下：
（1） 调控固化温度工艺是控制CFRP构件固化变形的重要方法。传统方法未考虑构件的几何特征等因素影响，以均匀温度场为目标，但对于复杂CFRP构件，即使温度场完全均匀，由于几何特征等因素影响仍不可避免产生变形。本文突破了传统方法的思路局限，提出了通过分区温度场对冲几何特征影响的变形控制新思路，揭示了分区温度场对变形的影响机理，基于自阻电热实现三维分区温度场精确控制，为CFRP构件变形控制提供了新的有效途径。
（2） 提出了对冲几何特征影响的分区温度场设计方法。针对传统瞬态模型计算效率低难以实际应用的问题，基于玻璃化转变点分区温度场是变形关键影响因素的分析，建立了多步稳态固化变形快速预测模型，给出了分区原则和约束条件，基于遗传算法实现了目标温度场优化设计，通过仿真对比分析，较温度场完全均匀构件最大变形量减少了30%以上，设计周期较传统方法缩短了75倍，实现了温度场设计由经验试错向自动迭代的模式转变。
（3） 提出了分区自阻电热温度场精确控制方法。针对三维分区温度场精确控制问题，对碳纤维通电在复合材料内部形成若干高度取向且相互交叉的焦耳热束，建立了逆传热修正拉东变换热束投影计算模型，控制各焦耳热束的功率形成目标三维分区温度场。本方法在不向材料内添加任何发热元件和线缆的前提下，首次实现了分区温度场的精确控制。
