树脂基复合材料由于具有比强度和比模量高、抗疲劳性能好等诸多优越性能,在各行业得到了广泛应用。除材料本体性能外,固化工艺和挖补工艺也对复合材料的性能有很大影响。因此,可以根据构件的实际需要,通过改变固化工艺和挖补工艺对复合材料修补技术和固化过程进行优化设计。本文以3234/T300B热固性树脂基复合材料为研究对象,对传统热补仪加热和自行设计的新型电加热两种热固化过程进行了数值模拟和实验研究,主要研究内容为:(1)建立了复合材料修补片热固化的物理模型以及基于热传导和固化动力学的数学模型,构建复合材料修补片固化过程中的温度场和热应力场的有限元计算方法。(2)实验获取了热补仪加热的固化工艺温度曲线,数值分析了不同升温速率条件下的树脂基复合材料修补片的温度场和热应力场,得到的结论如下,升温速率越快,修补片内温度梯度越大,固化速率越快,热应力越大。(3)数值分析了不同降温速率条件下的树脂基复合材料修补片的温度场和热应力场,得到的结论如下,降温速率越快,修补片内温度梯度、热应力、残余热应力越大。(4)构建了可变挖补角度的复合材料修补片固化有限元模型,分析了挖补角度对树脂基复合材料修补片固化过程温度和热应力的影响,得到的结论如下,在中心点处,挖补角度越大,温度峰值、固化速率、热应力越小;在非中心点处虽然没有峰值,但是小挖补角,会出现温度的波动。同时,挖补角度越大,固化速率越小,热应力越大。(5)构建了可变铺层方向的复合材料修补片固化有限元模型,研究了铺层设计对树脂基复合材料修补片固化过程的影响,得到的结论如下,树脂基复合材料修补片采用对称铺层可以有效地减小复合材料的热应力和残余热应力;修补片应当采用和母板相同的铺层角度,才能优化修补质量,使材料的热应力最小。(6)研究了基于焦耳热的固化技术,设计了实验平台,并通过实验和数值模拟的方法研究了电加热法和传统加热法固化过程中的特征参数。比较了两种固化方法固化过程中的温度场和热应力。研究结果优化了复合材料修补技术和修补片固化过程,为实际修理提供了良好的实验和数值依据。