利用激光线扫描方式建立丝状高斯热源的传热模型，并对其进行数值分析，得到脉冲激光烧蚀碳纤维的演化规律。对碳纤维复合材料（CFRP）板材进行激光烧蚀实验研究以验证所提模型的可行性。结果表明：当激光功率为9 W、激光扫描速度为200 mm/s时，板材表面绝大多数树脂被蒸发，表面粗糙度降至7.20 μm，表征数据稳定性的样本方差为1.889。实验证明了该理论模型的正确性和可行性，为CFRP材料的激光加工研究提供了参考。

碳纤维增强复合材料（CFRP）以其轻质高强、可设计性强等优势已成为航空航天领域不可或缺的关键材料之一。为满足制造装备的要求，需对一体成型的CFRP构件进行二次加工，然而CFRP非均质、各向异性、层合结构等特征使其在加工过程中易出现分层、毛刺、热影响区较大等缺陷。概述了CFRP各种加工方法的研究进展，对比分析了CFRP不同加工方法的优缺点，从方法、工艺及机理层面介绍了激光加工CFRP的研究现状，总结了CFRP在航空航天领域中的应用，分析讨论了CFRP激光加工当前面临的挑战和今后的研究重点。

线激光扫描热成像无损检测技术使用线形激光作为热激励源，采取扫描加热方式，在碳纤维复合材料无损检测方面具有独特优势。在分析线激光扫描红外热成像检测原理以及复合材料特点的基础上，提出了扫描方向、扫描速度、激光功率等 3个可能影响检测效果的参数。建立线激光扫描检测复合材料的仿真模型，选取缺陷表面中心点和无缺陷处表面温度的最大温差作为检测效果的特征量，分析了上述参数对检测效果的影响，并对激光功率、扫描速度与检测效果之间关系进行了拟合，总结了实验时兼顾检测效率和检测效果的参数选取原则。

激光对碳纤维复合材料的孔加工在近些年得到了大量的研究，然而大部分都是切孔类的加工，在高质量盲孔加工方面的研究报道较少。利用自研旋切系统结合飞秒激光开展盲孔加工工艺研究，通过光束偏转系统和一组透镜实现光束偏转和平移，最终得到光束倾斜聚焦的效果，可避免由于高斯光束聚焦特性而产生的加工锥度。通过此装置，对碳纤维复合材料进行了0.3 mm孔径盲孔加工的研究，探讨了各工艺参数对加工结果的影响规律，并得到了优化参数，获得了较好的0.15 mm深平底直盲孔的加工效果。在此基础上，进一步探究了对异形底面盲孔的加工，通过逐层加工方式最终得到了截面直径为0.3 mm的半圆状盲孔加工效果。孔整体加工质量良好，热影响区小于5 μm。

电阻抗层析成像（EIT）为碳纤维增强复合材料（CFRP）结构健康检测提供了一种可视化检测的手段。针对EIT图像重建的欠定性和病态性，提出了一种基于L1/L2稀疏正则化的EIT图像重建算法。该算法通过构建L1/L2正则化项的目标泛函，在求解过程中加入正则化参数对解向量进行修正，并在迭代过程中加入约束区间使解向量更加贴近真实分布。仿真和实验结果表明，与共轭梯度（CGLS）算法、Tikhonov算法、L1正则化算法相比，所提L1/L2正则化算法重构的损伤位置和大小更接近真实损伤模型，损伤的辨识度更高，电极伪影得到明显改善，为EIT应用于CFRP层压板损伤检测提供了新方法。

碳纤维增强复合材料(CFRP)与黏土砖界面的粘结性能是外贴CFRP加固技术的关键, 为了解CFRP-黏土砖界面粘结性能在硫酸盐侵蚀下的退化规律, 对硫酸盐干湿循环不同周期下的加固试件进行了单面剪切试验, 结果表明: 硫酸盐侵蚀对CFRP片材与浸渍胶性能影响并不明显, 但对CFRP-黏土砖界面粘结性能影响较大, CFRP-黏土砖界面剪应力、承载力均随循环次数呈先小幅上升后明显下降的趋势; 在试验基础上, 根据已有的理论, 提出硫酸盐干湿循环作用下CFRP-黏土砖界面粘结-滑移模型, 通过与试验值对比分析发现, 模型能够很好地反映CFRP-黏土砖界面的粘结性能退化规律。基于ABAQUS软件, 利用内聚力本构关系模型对界面力学行为进行数值模拟, 结果表明,内聚力模型可以很好地模拟界面的非线性力学行为, 数值模拟值与试验值吻合较好。

红外热成像技术常被用来检测碳纤维增强复合材料的内部缺陷, 但常用的光学热源加热效率低, 需要近距离加热试件。激光具有能量集中、衰减小的优点, 其作为加热源有助于实现远距离检测。本文介绍了线激光扫描红外热成像无损检测技术, 并对加热过程中材料内部热传导进行了分析。其次, 针对红外图像均匀性差、对比度弱, 不利于缺陷特征提取的问题, 本文引入基于直觉模糊 C均值聚类算法的图像分割方法来提取缺陷边缘, 与 K-Means聚类方法相比, 该方法可以提升缺陷模糊边缘的识别和检测能力, 保留更多图像的细节信息, 有助于准确提取缺陷边缘特征。

针对航空复合材料的结冰探测, 该文提出了基于超声导波技术的解决方案, 采用转移矩阵法建立了层状结构波导模型, 绘制了相速度和群速度频散曲线, 分析了超声导波在碳纤维增强复合材料板中的传播特性。在此基础上, 基于现场可编程逻辑门阵列设计了由信号源和接收机组成的硬件电路, 结合恒温箱搭建了结冰探测系统及其实验环境。通过测量回波信号波包相对时延的方式, 验证了超声导波结冰探测方案的可行性, 为飞机结冰探测领域提供了新思路。

碳纤维增强复合材料（CFRP）拉索强度高、重量轻且耐久性好，但长期处于潮湿服役环境下其锚固结构的可靠性存疑。为此对CFRP拉索进行了应力幅为200 MPa、应力上限为0.65极限强度的200万次疲劳循环试验，并令较低端的锚具放置于水环境中，在拉索两端内嵌光纤光栅测量轴向应变变化。结果表明：在循环荷载作用下，CFRP筋与锚固填料间产生微裂缝，锚具内部发生了应力重分布；水浸作用加快了锚具内的应力重分布，其规律分为两个阶段：第一阶段速率较大，主要集中在前50万次循环；第二阶段为50万次至200万次的循环，应力重分布逐渐平稳。研究的CFRP拉索安全通过了疲劳试验，但剩余强度降低了17%，说明水环境对CFRP拉索锚固结构耐久性造成的影响不可忽视。

为了研究连续激光作用下层叠型碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CFRP)的铺层结构对材料温度的影响, 采用有限元软件COMSOL模拟连续激光辐照5种典型层叠型CFRP的烧蚀过程。通过材料表面的温度偏差, 获得了5种典型层叠型CFRP的温度分布和演化规律; 通过对材料整体温度分布进行统计分析, 获得了材料温度均匀性随激光辐照时间的变化规律。结果表明, 由单向层叠加而成的CFRP在材料表面光斑边缘附近温度对铺层结构最为敏感, 呈非单调变化; 在5种典型的结构中45°夹角铺层结构的CFRP整体温度分布最为均匀。此研究结果有助于进一步研究激光辐照下复合材料的热力学破坏。