碳纤维复合增强材料（CFRP）作为一种力学性能优异的新材料，已经成为航空和汽车轻量化领域的优选材料。因此实现CFRP与铝合金的高强度连接是提升CFRP与铝合金复合结构件整体强度的关键。提出了一种激光阶梯扫描制备倒钩阵列的方法，并将该方法与硅烷表面改性相结合，实现了铝合金与CFRP接头的高强度连接。实验结果表明：激光阶梯扫描制备的倒钩阵列大大增强了胶接界面之间的机械互锁效应，进而增强了接头强度。硅烷偶联剂改性后铝合金与黏结剂之间出现了硅烷过渡层，接头强度得到进一步提升。与砂纸粗化处理相比，激光处理后强度提升了24.6%，达到16.7 MPa，硅烷改性后强度得到进一步提升，达到17.4 MPa。

为了探索不同冷却方式对激光加工的影响, 采用水、气体以及水气复合3种不同冷却方式辅助激光加工碳纤维复合材料进行了对比研究, 同时采用单因素实验研究了不同工艺条件对加工质量的影响, 并分析了作用机理。结果表明, 在3种冷却方式下, 热影响区、槽深均随着功率、频率的降低而降低, 随着扫描速率的增加而降低; 在相同工艺参数下, 水气复合辅助激光加工产生的热影响区最小, 气体辅助激光加工产生的热影响区次之, 水辅助激光加工产生的热影响区最大; 当激光功率为2250 W、频率为1200 Hz、速率为120 mm/s时, 水、气体以及水气复合 3种不同冷却方式的热影响区分别为378 μm, 283 μm, 196 μm, 槽深分别为401 μm, 789 μm, 647 μm; 采用水气复合辅助激光加工可以在加工过程中实现较好的冷热平衡, 获得最好的加工质量。该研究为更好地实现碳纤维复合材料低损伤加工提供了参考。

为了研究不同工艺参数对TC4钛合金与连续编织碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料（CFPEEK）的激光焊接接头的影响规律，并对焊接工艺窗口进行预测，使用ABAQUS软件建立基于热传导的有限元仿真模型，计算TC4钛合金/CFPEEK激光焊接接头的温度场分布。针对CFPEEK中连续编织碳纤维的实际铺层情况，在建模时对复合材料进行分层处理，将碳纤维层视为正交性质的材料。在此基础上探究了激光功率、焊接速度、光斑尺寸对焊缝熔化深度及宽度的影响规律，计算结果与实际试验结果吻合度较高，激光功率、焊接速度、光斑尺寸等工艺参数均对接头结合处的温度有较大影响。经过多组参数的计算，得到了TC4钛合金/连续编织CFPEEK激光连接的预测工艺窗口。结果表明，所建立的有限元模型能够有效模拟连续编织CFPEEK与TC4钛合金激光连接的温度场分布，对实际试验有一定指导意义，可降低试验成本。

本文概括高精确度碳纤维复合材料天线反射器的发展状况, 针对高精确度天线反射器在材料选择、结构设计、热稳定性分析、工艺成型等方面的若干基本问题, 详述高精确度固面天线反射器在材料、空间结构、热变形、工艺等科技领域的具体研究进展, 并总结高精确度天线反射器在航天领域需进一步考虑的科学问题及未来发展方向。

碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体两种材料复合而成, 因为两者的热性能参数差距较大, 直接在空气中进行激光加工碳纤维复合材料会出现如较大的热影响区、纤维膨胀、纤维拔出和切面材料分层等损伤问题, 所以在激光加工碳纤维复合材料中, 对其热损伤的控制成为关键问题。本文对激光复合加工碳纤维复合材料的国内外研究现状进行综述, 重点聚焦在气体辅助和水辅助下两种激光加工方法的优缺点, 最后对两种情况下的激光加工质量进行分析并总结规律。气体辅助下, 不同的气体类型、不同的气压, 光气同轴或旁轴辅助会带来不同的加工影响; 水辅助有水射流、水层和水导加工三种形式。本文通过总结气/液辅助激光加工碳纤维复合材料的机理, 以平衡碳纤维和基体吸收激光能量差异性为目标, 为碳纤维复合材料激光低损伤加工提供参考。

为提高碳纤维复合材料的激光切割质量，采用响应面法以切缝入口宽度、热影响区宽度和切缝锥角为响应指标，建立了各响应指标的数学模型。然后分析了各激光参量的交互作用对响应指标的影响规律，以各响应指标最小化为目标，得到参量优化组合为激光功率755 W，切割速度20 mm/s，离焦量-0.6 mm，气压0.7 MPa，并获得了响应指标的预测值。在参量优化组合下进行了激光切割试验，得到了响应指标切缝入口宽度、热影响区宽度和切缝锥角与预测值的差值分别为12.73 μm、6.55 μm和0.12°，均在预测值的波动范围内，证明了参量优化组合的有效性。采用参量优化组合的激光切割试件比优化前的试件胶接拉伸剪切强度提高了22.86%，表明了参量优化组合后，不但改善激光切割质量，而且降低了激光切割对材料的力学性能影响。

碳纤维增强复合材料（CFRP）因其优异的性能, 在航空航天、**等领域有着广阔的应用前景。为了掌握激光加工CFRP的去除机理, 研发出高效率、低损伤加工该材料的方法, 归纳整理了激光加工CFRP去除机理的研究成果, 并从激光特性、工艺参量、气液辅助、材料特性4个方面出发, 介绍了国内外激光加工CFRP的研究进展, 总结了影响激光加工CFRP质量的因素, 并给出了提高加工质量方法的建议,最后对激光加工CFRP的发展趋势进行了展望。

碳纤维复合材料(CFRP)在激光表面烧蚀除胶过程中容易出现不均匀热影响区、纤维破损等缺陷, 为了解决这一问题, 提出并实现了一种基于CFRP纤维编织网格分块扫描的激光除胶工艺算法, 采用单因素实验方法, 进行了理论分析和实验验证, 获得了不同激光扫面填充算法对CFRP表面树脂去除率、纤维破损度的影响规律, 并对加工机理进行了分析研究。结果表明, 选取平均功率为24W、重复频率为20kHz、扫描速率为1000mm/s、离焦量为5mm等参量时, 加工样品表面得到了纤维完整、热损伤较小等较好的工艺效果。这一结果对激光加工CFRP烧蚀除胶的研究是有帮助的。

设计并研制了碳纤维复合材料主次镜连接筒.根据光学设计中的公差分配, 结合复合材料层合板理论, 分析了复合材料铺层设计对面内刚度和轴向及周向热膨胀系数的影响, 确定了最终的铺层方式.利用有限元软件分析了重力作用下及温度变化时主次镜间的位置变化及连接筒的模态分布.最后, 完成了碳纤维复合材料薄壁连接筒的成型和精加工, 检测了主次镜系统光学性能, 并对装配完成后的相机进行了鉴定级力学试验.分析结果表明: 在1g重力载荷及2℃温升耦合作用下,次镜偏心小于0.002 mm, 次镜倾斜小于2″, 主次镜连接筒及次镜系统组合体基频达到265 Hz, 满足光学设计要求和结构稳定性要求.光学性能检测结果及力学试验结果表明, 主次镜系统波像差满足装配要求, 主次镜连接筒能够承受鉴定级力学试验考核, 连接主次镜的两端响应放大仅1.7倍, 体现了良好的阻尼性能.本文中研制的主次镜连接筒重量仅为6.4 kg, 实现了高轻量化和高刚度, 满足空间相机对主次镜位置精度和稳定性的要求.

针对复合材料结构上低速冲击载荷位置识别问题, 通过构建分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感网络, 分析了光纤布拉格光栅传感器感知的冲击响应信号时间序列的偏斜度、陡峭度与到传感器之间距离的关系。通过不同位置传感器感知的冲击响应信号的偏斜度和陡峭度对冲击载荷所在的区域和到各个传感器之间的距离进行了辨识, 采用加权质心定位算法实现了冲击载荷位置的坐标定位。实验结果表明：在碳纤维复合材料板上240 mm×240 mm的监测区域内随机选取16个测试样本点进行低速冲击定位识别, 实现了所有冲击实验点的区域辨识, 坐标定位的平均误差为20.7 mm。研究结果为碳纤维复合材料板的低速冲击定位提供了一种可靠的方法。