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。

激光清洗碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）表面涂层一直面临着形貌破坏与基体过热的风险。为了明晰工艺参数对激光清洗CFRP飞机蒙皮表面油漆的影响规律，探究CFRP表面油漆的激光清洗机理，进行了红外纳秒激光清洗CFRP表面油漆的实验。首先利用田口正交阵列开展了不同参数下的清洗实验。随后采用信噪比（S/N）与方差分析（ANOVA）探讨了激光功率、扫描速度、搭接率与重复频率等工艺参数对油漆清洗深度、表面粗糙度和清洗温度的影响。最后借助红外热成像与高速摄像技术，对激光清洗过程中的温度响应、羽流形成与消逝及漆层动态行为进行了观测。研究结果表明：搭接率是影响清洗深度、表面粗糙度和清洗温度的最主要参数，扫描速度与激光功率的影响同样显著，而重复频率的影响不显著。CFRP表面油漆的激光去除机制主要以激光热效应造成的热烧蚀、气化为主。

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。

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。

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。

研究激光工艺参数对T300碳纤维表面漆层清洗质量的影响规律，采用CO2激光器对样品进行激光清洗试验。使用形状测量激光显微镜对激光清洗后的样品进行表面粗糙度以及去除厚度的测量，研究激光平均功率、搭接率及扫描次数对清洗质量的影响规律。通过力学性能分析、漆层结合力检测、老化试验、温度检测及金相试验，结果表明：激光平均功率与光斑搭接率过大会对碳纤维表面造成一定损伤。在激光平均功率P=40 W、光斑搭接率δ=65%、扫描次数t=1时，能达到较好的激光清洗质量且不会影响材料本身的力学性能，清洗后的表面状态可达到后续重新涂漆的质量要求。该研究可为激光清洗碳纤维增强复合材料飞机制造领域工程应用提供技术参考。

为了研究266nm紫外固体激光切割碳纤维增强复合材料（CFRP）的工艺规律, 采用单因素实验法、正交实验法和多元线性回归分析法, 进行了266nm紫外固体激光切割CFRP的实验研究, 得出了激光脉冲能量、扫描速率对切缝宽度和热影响区宽度的影响规律。结果表明, 切缝宽度和热影响区宽度随激光脉冲能量的增大而增大, 随扫描速率的增大而减小; 实验中最小热影响区宽度为82μm, 最小切缝宽度为50μm; 激光扫描速率对切缝宽度影响的显著性水平更高, 而激光脉冲能量对热影响区宽度影响的显著性水平更高; 所获得的经验公式能够定量描述切缝宽度、热影响区宽度与激光脉冲能量、扫描速率之间的关系。本研究对266nm紫外固体激光切割CFRP的应用具有一定的参考意义。