热塑性复合材料（TPC）凭借其优异的抗冲击性、抗裂纹扩展性以及可修复性和可回收性[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]]，在航空航天、汽车和风电产业中日益成为具有代表性的下一代绿色材料[[8], [9], [10], [11], [12], [13], [14]]。TPC结构的热成型工艺通常涉及三个特征温度阶段，即加热熔化、等温保压和冷却结晶。在加热阶段，热塑性树脂逐渐熔化，并在保压阶段达到完全熔融状态[[15], [16], [17]]。随后，冷却过程中发生结晶，从而实现结构固化。在结构尺度上，由于预浸料铺层的差异，相邻铺层之间存在显著的热学和力学性能不匹配[[18], [19], [20]]。因此，在冷却阶段不可避免地会产生残余应力，这可能导致翘曲和弯曲等几何变形[[21], [22], [23], [24], [25], [26]]。此外，过高的残余应力会引起局部应力集中，可能导致基体开裂或界面失效[[27], [28], [29]]。更重要的是，热压成型工艺引入的初始残余应力状态是后续连接工艺（如电阻焊、感应焊或超声波焊）的初始条件，直接影响热传递、熔体流动，以及最终的焊缝界面结晶和力学性能[[30], [31], [32], [33]]。因此，为实现结构性能与制造工艺的协同优化，必须开发能够预测TPC结构在热成型过程中残余应力和变形的工艺模型。
在现有的建模方法中，经典层合板理论（CLT）因其计算效率而脱颖而出，已被广泛用于预测层合结构的残余应力和变形[[34], [35], [36]]。作为一种结构理论，CLT固有地假设每层处于平面应力状态，并采用 Kirchhoff-Love 板理论[[37], [38], [39]]。因此，无论材料体系如何，CLT仅提供层平均面内应力（即层间应力）分量，无法解析垂直剪应力或单层板内面内应力的空间梯度（即板内应力）[[40], [41], [42]]。在其传统应用中，CLT与线弹性本构关系耦合，将冷却过程中积累的应变转化为弹性应力。
对于热固性复合材料（TSC），CLT运动学假设与线性弹性的组合已被证明是有效的，因为热固性基体模量在固化后期接近一个近似恒定值[[43], [44], [45]]。例如，Bogetti等人[46]将化学收缩引入CLT框架，以预测厚TSC层压板固化引起的变形。类似地，Ghasemi等人[47]成功地将相同方法应用于玻璃/环氧-铝层压板，并获得了与增量法钻孔测量良好吻合的结果。这些研究表明，对于TSC体系，CLT的运动学简化假设和线弹性假设都是可以接受的。基于这些成功，研究人员还探索了基于CLT的方法来分析TPC的工艺变形。Jeronimidis等人[48]将温度相关的弹塑性引入CLT，在一定程度上提高了TPC层压板的预测精度。然而，热塑性基体在从熔融状态冷却过程中会发生显著的粘弹性松弛，而半结晶基体还会经历结晶引起的体积收缩[[49], [50], [51]]。这两种效应都无法被通常与CLT耦合的线弹性法则所捕捉。这种本构局限性并非CLT本身固有的，而是与其配对的材料模型相关的，而对于TPC体系来说，这一局限性尤为关键。虽然温度相关的弹性模型相比恒定属性方法有所改进，但仍排除了粘弹性松弛和结晶效应，因此无法描述TPC成型过程中残余应力随时间演化的特性。
除了本构局限性之外，CLT的运动学局限性也未被解决。平面应力和直法线假设使CLT无法解析面内应力梯度。这一局限性可以通过采用三维有限元（FE）方法来克服[[52], [53], [54]]。例如，Kim等人[55]提出了一种集成于ABAQUS平台的热-机械连续成型模拟方法。该方法基于弹性本构关系和模具-零件接触条件，被用于预测V形碳纤维增强TPC层压板在成型过程中的残余应力和变形。Qiu等人[56]通过引入结晶动力学、细观力学和热弹性本构关系，开发了一种多物理场分析框架，用于预测碳纤维/聚醚醚酮（CF/PEEK）层合结构的热成型变形。此外，Ryuzono等人[57]结合各向异性行为、粘弹性本构关系和材料非线性，采用实验与数值相结合的方法，系统地研究了碳纤维/聚芳醚酮（CF/PAEK）层合板的成型变形及后续长期变形行为。这些FE模型成功地消除了CLT的运动学简化，并为TPC结构的三维应力分布提供了有价值的见解。然而，它们所采用的本构描述仍然不完整，特别是未能捕捉结晶引起的收缩。因此，无论基于CLT还是FE的结构分析，目前尚无任何现有框架能在单一预测模型中结合温度相关的粘弹性松弛和结晶动力学来分析TPC层压板。
综上所述，文献揭示了两个互补的研究空白。在本构方面，无论是基于CLT还是FE的模型，都尚未将温度相关的粘弹性和结晶动力学统一为TPC层压板的单一描述。在运动学方面，基于CLT的模型固有地无法解析面内应力梯度。为了同时填补这两个空白，本研究提出了一种基于CLT运动学假设、并配以互补三维FE模型的热-粘弹性层合板模型。两个模型共享相同的粘弹性本构模型和结晶动力学，但FE模型去除了CLT的运动学约束。这种配对将层合板模型的计算效率与FE模型的全场应力解析能力相结合，形成了一个能够同时捕捉连续TPC层压板工艺残余应力、成型变形和长期应力松弛的预测框架（图1）。选用玻璃纤维/聚丙烯（GF/PP）作为代表性材料体系来验证模型，但该方法的适用范围不限于此特定体系。随后通过增量法钻孔残余应力测量和层压板翘曲试验对框架进行实验验证。
