碳纤维增强树脂基复合材料壳体具有高比模量、高比强度、可设计性强和耐腐蚀性能好等优点,因此在航空航天、军事、能源、汽车和压力容器等领域得到广泛应用,逐步成为动力结构、燃料系统、能源储运的关键组成部件及标准化产品。复合材料固化工艺是影响复合材料壳体性能和生产成本的关键因素,目前碳纤维复合材料壳体主要以热辐射、热对流和热接触等方式实现加热固化成型,热量以传递的形式由材料表面逐渐传导至内部,导致其加热效率偏低,材料内部温度场均匀性差,传统的加热方式导致了碳纤维复合材料在固化成型过程中有较大的能量损失。解决这一问题的关键在于探索新颖的壳体加热工艺,因此本文基于碳纤维材料的导电性及电磁感应的非接触高效加热特性,提出采用电磁感应技术实现碳纤维复合材料壳体加热固化成型新工艺。然而,线圈结构、电源输出参数、材料异质多相及属性的各向异性等诸多因素共同影响感应加热/固化成型过程中的磁-热-化学场的分布及演变,因此需要研究感应加热碳纤维壳体的升温机理、壳体温度场分布规律及温度调控方法,以保证壳体的固化成型质量。碳纤维复合材料为各向异性的异质多相材料体系,交叉铺层的碳纤维壳体兼具编织及层合结构特征,其材料属性的各向异性、纤维交叠/编织结构等因素共同影响了碳纤维复合材料电磁感应加热特性。为了研究碳纤维壳体温度场规律,需要针对碳纤维壳体在感应加热过程中的升温机理进行探索,因此本文通过碳纤维复合材料等效电-磁-热特性、调控机制、复合材料感应加热机制及加热过程中的多物理场耦合分析,建立壳体感应加热过程电-磁-热学多场耦合有限元细观分析模型,模拟计算交变磁场作用下纤维织构中的电场、涡旋电流及发热量的产生及分布情况,阐明碳纤维壳体感应加热过程中的升温机理及变化规律。由于碳纤维复合材料加热过程中温度场分布均匀性难以有效评价,采用图像熵值理论建立了碳纤维壳体温度场与二维图像熵值之间的关系,将温度场均匀性通过熵值进行表示,实现温度场均匀性的定量分析。感应加热碳纤维壳体所产生的温度场分布具有较强的非线性,因此本文研究了线圈尺寸/结构/位置关系、感应频率/电流、碳纤维热传导系数/电导率等因素对温度场分布的影响规律,并提出了采用线圈中心区域温度场均匀性、温度数值及线圈长度为基准的设计优化方法,对线圈直径、位置关系、匝数取值范围的优化,在提高温度场均匀程度同时,实现温度有效提升和线圈长度控制。为提高复合材料感应加热过程中的温度场分布均匀性及升温控制精度,研究了多线圈组合的感应加热碳纤维壳体温度场调控技术。本文通过多线圈组合结构增加壳体加热面积,研究同频加热过程中线圈间距、磁极方向及组合方式对磁场、电场、涡旋电流及温度场分布的影响规律。为解决多线圈同频加热导致的温度场均匀性问题,提出了采用多线圈不同频率的耦合加热方式,通过改变线圈中磁场间的相互耦合作用,实现壳体中涡旋电流及发热量分布调控,从而提高温度场分布的均匀性。根据感应加热强耦合性和非线性变化的特点及CFRP的体加热特性,采用自适应惯性权重的改进粒子群模糊PID控制算法,提高了碳纤维壳体感应加热温度上升时的响应速度,降低了升温过程中的温度超调量,提高了温度场控制精度。本文针对各向异性的异质多相碳纤维复合材料感应加热过程中壳体温度场调控进行研究,完成碳纤维壳体升温机理分析,温度场均匀程度的评价,以及相关参数变化对温度场分布规律的影响。研究了多线圈组合的感应加热碳纤维壳体温度场调控技术,提高了复合材料固化成型过程中温度场分布均匀性及升温控制精度。通过上述问题的研究,本文成果还可以应用在大曲面碳纤维板材、异性回转体零件及复杂曲面零件的感应加热固化成型,降低生产成本、提高生产效率及成型质量,以及多线圈组合加热异形件结构的碳纤维壳体温度场的分析和研究。本研究为拓展高效非接触体加热技术在复合材料成型工艺的应用中提供多样化解决方案,为发展复合材料加热工艺分析及调控提供了相应的理论基础。