随着航空航天领域的发展,纤维增强型复合材料及自动铺丝技术得到了广泛的应用。但由于铺丝成型过程受到许多因素的影响,会使复合材料在这一过程中产生各种缺陷。其中,孔隙缺陷作为复合材料中最常见的缺陷类型之一,会直接影响构件的力学性能。本文主要研究自动铺丝过程中产生的孔隙缺陷。由于气泡是形成孔隙缺陷的重要因素,故根据计算流体力学分析了预浸料中气泡的行为特性,并对含有孔隙缺陷的复合材料自动铺丝过程进行了有限元仿真模拟,为自动铺丝过程中孔隙缺陷的在线检测和铺丝工艺参数优化提供了参考。首先,运用流-固耦合方法对预浸料中的气泡和碳纤维进行了分析。自动铺丝过程中夹杂的空气气泡是产生孔隙缺陷的重要因素,故应对气泡的行为特性展开深入研究。采用计算流体力学,构建了气泡流动行为的理论基础。根据铺丝实际情况,建立了预浸料的三维模型。在流体分析中,基于VOF模型对气泡的行为特性进行了数值模拟。在静力学分析中,对碳纤维的变形程度进行了仿真计算。通过改变模型的边界条件,分析了不同铺丝工艺参数对气泡和碳纤维的影响特性。其次,为了研究铺丝过程中铺丝工艺参数和孔隙缺陷对应力信号的影响,故对铺丝过程进行了有限元仿真分析。利用ABAQUS软件构建了单丝束铺放和含孔隙缺陷的预制件表面辊压的有限元模型,分别研究了铺丝工艺参数、孔隙缺陷特性对应力信号的影响效果。利用灰色关联分析法,计算得到了孔隙缺陷特性与应力特征值之间的关联度。然后,为了验证有限元模型的准确性,进行了7组铺丝实验,并在铺丝过程中实时采集应力信号。采用真空袋固化方法对预制件进行了固化;利用显微照相法对固化后样件的孔隙率进行了识别;利用万能试验机对样件的层间剪切强度及弯曲强度进行了测试,并分析了孔隙率对力学性能的影响。对采集的应力信号进行了滤波处理,通过与仿真结果进行对比,从而验证了有限元模型的准确性。最后,对铺丝工艺参数进行了优化。从上述仿真及实验结果中合理地选择了力学特性参数和孔隙缺陷参数,根据灰色关联度分析法,计算得到了其与工艺参数之间的关联度,以评价优化目标的重要程度。利用响应曲面法构建了特征参数与铺丝工艺参数之间的线性方程,通过方差分析与显著性检验,确定了工艺参数的优化目标并进行了优化。采用最优工艺参数进行了仿真及实验验证,从孔隙缺陷特性角度和多目标优化角度证明了优化方法的可行性。