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在热压成型复合材料中，增强纤维很难达到理想的均匀分布状态，而纤维在基体中的分布特性对复合材料的力学性能和固化变形影响很大。本文以T300碳纤维/BMP-316聚酰亚胺树脂为对象，首先设计并制备出了典型纤维分布不均匀的复合材料层压板，进而研究了纤维分布不均匀性对复合材料力学性能及其固化变形的影响规律。针对BMP-316聚酰亚胺树脂的固化反应特点，采用对子铺层进行预压吸胶的工艺方法，通过控制压力大小、加压时机和预浸料层数等工艺参数，设计制备出了典型纤维不均匀分布的复合材料层压板。应用MATLAB软件开发了复合材料层板中纤维分布统计分析的图像处理程序，应用程序可以较好地表征复合材料层压板中纤维的分布状态。实验测试了HL、LH、HLH及LHL等不同纤维分布状态的T300/BMP-316复合材料的弯曲、层间剪切、冲击及动态力学性能。结果表明，复合材料的弯曲、冲击和动态力学性能强烈地受到纤维分布方式、载荷方向和不均匀度的影响；HLH的弯曲性能和冲击吸能特性较好，储能模量高，LHL的弯曲性能较差，储能模量低，但其冲击韧性较好；其层间剪切性能和Tg分别由其纤维/树脂界面和树脂耐温性能决定，而与纤维分布的不均匀性没有明显关系。基于有限元计算模型分析了纤维体积含量偏差、铺层角度偏差、纤维分布不均匀度、铺层数等因素对复合材料固化变形的影响。结果表明，变形量随偏差量和不均匀度的增大而增大，随层压板厚度的增大而减小，另外变形量还与偏差层位置、铺层设计有关。以上研究成果对于深入分析复合材料微结构及其工艺参数优化具有较重要的参考价值。