不同时间影响下玻璃纤维增强复合材料（GFRP）的热老化效应亟待研究。本文采用声发射（AE）与数字图像相关技术（DIC）相结合的互补无损检测技术，分别对热老化0、4、8、16 d后三点弯曲试样的损伤过程进行实时监测，并进一步分析预制缺陷对热老化后复合材料的纤维与基体界面间性能的影响。对AE信号进行K-means聚类分析同时通过DIC进行全局应变场测量，表征了预制缺陷和热老化时间对GFRP力学行为和变形损伤机理的影响。结果表明：声发射信号可以对各类损伤进行分类，通过分析脱粘信号发现，在层合板内部交联时，脱粘信号减少且分布在失效载荷后；随着热老化进展至水分挥发阶段，脱粘信号增多并均匀分布在断裂前期与后期。对于预制纤维断裂的层合板，交联现象会使层合板加载过程中纤维断裂信号数量减少且幅度降低，最大应变值减小，有效地提升了层合板承载能力。声发射聚类分析和数字图像相关技术结合可以较好地描述不同热老化条件下GFRP的损伤演化过程，有助于进一步揭示缺陷和热老化时间对GFRP内部损伤机理的影响规律。