为了解决铝合金薄壁结构搅拌摩擦焊变形的问题，提出一种在搅拌摩擦焊接过程中随焊碾压的新方法，研究了随焊碾压对接头的焊接变形、微观组织和力学性能的影响。结果表明，随焊碾压处理消除了焊缝飞边并保证接头优质成形，显著细化了接头表层晶粒尺寸，在接头表面形成了厚约282 μm的梯度结构，提高了接头的表层显微硬度；接头的抗拉强度相比传统搅拌摩擦焊接头提高了3.3%；同时，接头变形挠度相比传统接头降低了84.8%。

针对碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）表面富树脂层厚度薄、涂层与基体声学参数相近、叠层多界面等引起的传统超声测厚方法精度低的难题，提出了一种基于超声回波相位导数谱（Ultrasonic echo phase derivative spectrum，UEPDS）谐振频率测量CFRP表面富树脂层厚度的新方法。基于超声波在多层结构中的透射与反射规律，构建出耦合介质/ 涂层/ 基体三介质二界面结构的UEPDS，并辨识UEPDS 的谐振频率与涂层厚度之间的理论关系，以克服传统采用声压反射系数幅度谱或相位谱测厚时精度受基准波、信号初始相位等影响大的问题，结合标定声速，即可准确测定涂层厚度。试验使用超声C扫描系统结合标称频率25 MHz探头对厚度在数十~100 μm变化的富树脂层进行测厚，并与激光共聚焦显微镜观测厚度进行对比验证。结果表明，25 MHz探头可有效实现厚度≥40.7 μm的富树脂层测厚，超声测厚云图与金相观测厚度之间绝对误差≤5.1 μm，相对误差<8.0%。研究发现影响测厚准确率的主要因素为富树脂层/ 基体界面存在的起伏状编织间隙残留树脂。

高质量的激光电弧复合焊接接头，其焊缝横截面几何形状存在一定差异。为了研究这些差异性，采用焊缝背宽比（R_w）来定量表征焊缝横截面几何形状。基于3 mm厚7050–T7451高强铝合金激光电弧复合焊接优化工艺试验，选取3 条典型焊缝，研究了不同R_w与焊接接头宏观成形、微观组织、显微硬度以及拉伸性能的相关性。结果表明，当R_w超过一定阈值时，其正反面熔宽更加均匀，气孔缺陷也得到有效控制。焊缝区的微观组织特征为熔合区附近的细晶层组织、焊缝区大范围的等轴晶组织以及二者之间的柱状树枝晶组织。随着R_w的增加，柱状树枝晶区的宽度逐渐缩小直至消失；焊缝中心平均晶粒尺寸逐渐增大；焊接接头的拉伸性能呈现出先增长后下降的趋势。当R_w≈0.70时，其拉伸性能趋于最佳，平均抗拉强度达到390 MPa，平均断后伸长率约2.9%。拉伸断口呈现出以脆性断裂为主的混合断裂特征。

探究新型激光–等离子电弧同轴复合焊接钛合金过程中，工艺参数对复合电弧电压的影响，以此实现对焊接质量的有效控制。采用电弧电特性采集系统，采集复合焊接进程中的电弧电信号，并利用多元线性回归手段构建工艺参数与电弧电压间的回归模型，深入剖析复合焊接工艺参数，如喷嘴高度、激光功率、等离子电流等对电弧电压的作用规律。研究发现，在本次试验设定条件下，复合焊接中的等离子电压在18~36 V区间内动态波动，且伴随喷嘴高度、电流数值以及激光功率的逐步递增，电弧电压均呈现上升态势。经回归模型量化评估，喷嘴高度对电弧电压的影响最为突出，等离子电流次之，激光功率最小。通过观察电弧形态变化，验证了回归模型对影响因素权重判断的准确性。为进一步优化焊接工艺提供了试验依据与理论基础。

铝合金因其优异的轻质、高强度和耐腐蚀等性能，在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。然而，铝合金的焊接一直是制造领域中的一个难题，传统焊接方法存在热输入大、变形严重等问题。近年来，激光–电弧复合焊接技术因结合了激光焊接与电弧焊接的优势，成为解决铝合金焊接难题的重要手段。本文系统综述了激光–电弧复合焊接在铝合金领域的研究进展，介绍了激光–电弧复合焊接的协同作用原理与技术优势，对焊接组织与力学性能及其影响因素进行分析，针对复合焊接接头目前存在的一系列问题总结了解决方法，并展望了该技术的未来发展方向及在工业领域的应用前景。

薄壁铝合金T型焊缝在传统激光焊接时存在焊接工位受限、过程稳定性难控制、易产生缺陷等问题。本研究提出双缝T型接头振荡激光–电弧复合焊接方法来解决上述难题，开展了焊接工艺试验和熔池流体动力学分析研究。结果表明，振荡激光–电弧复合焊接相较单道激光焊接，可以有效抑制单道焊接三面成形过程中的气孔、凹陷、咬边等缺陷。复合焊接中，熔滴过渡至熔池时，显著提升了熔池熔流速度，加快由熔池中心向两侧的传热传质，并且未影响锁孔稳定性，在提高熔流特性的同时保持了稳定性。

针对镁合金激光–MIG复合焊接稳定性提升需求，开展了复合激光焊接过程熔滴过渡行为实时监测试验，对比分析了激光–MIG复合焊接与传统MIG焊接过程的熔滴过渡行为，并研究了送丝速度对熔滴形态与过渡频率的影响。研究结果表明，激光热源的加入可以有效提升电弧焊接熔滴过渡稳定性，当电弧功率达到2400 W左右时，镁合金激光–MIG复合焊接过程中熔滴呈滴状过渡。送丝速度的改变对熔滴过渡形式无显著影响，但送丝速度的增大有助于压缩电弧，提升熔滴过渡的稳定性；此外，送丝速度过大极易导致熔滴尺寸过大、熔滴过渡频率降低。

GH4169 的材料特性导致其加工过程切削力大，切削温度高，加工硬化严重，易粘刀，刀具易磨损。研究TiAlN涂层硬质合金刀具直角车削镍基高温合金GH4169时不同磨损阶段的刀具磨损机理，有利于实现刀具磨损的控制。首先，以GH4169圆片为直角切削加工试样，TiAlN涂层硬质合金槽刀为切削刀具，使用数控车床进行切削试验，获得加工过程中不同切削时刻的刀具磨损状态；其次，利用扫描电子显微镜（SEM）对刀具磨损表面进行观察分析，并检测刀具磨损表面材料的化学成分；再次，通过X 射线衍射（XRD）物相组成分析判断切削刀具是否存在化学磨损；最后，基于全阶段的刀具磨损机理，结合刀具磨损率模型，提出了刀具磨损控制措施。结果表明，在选定切削工况下，TiAlN涂层硬质合金刀具直角车削GH4169过程中发生粘结磨损、磨粒磨损、扩散磨损和化学磨损。在初期磨损阶段，粘结磨损和磨粒磨损为主要刀具磨损机理；正常磨损阶段和急剧磨损阶段，粘结磨损和扩散磨损为主要刀具磨损机理。可通过加快初期磨损阶段磨粒磨损减弱的速度或降低正常磨损阶段的扩散磨损率，达到控制刀具磨损的目的。

为了克服以往碳纤维增强树脂（CFRP）基复合材料固化成型分析与损伤力学分析两者割裂的问题，本文搭建了关联固化过程与承载力学行为的一体化分析计算框架，并以AS4/8552复合材料的四点弯加载行为为例，系统开展了计算方法的验证。固化成型分析时，综合考虑固化过程中纤维和树脂基体的机械应变、热膨胀应变及化学收缩应变，并针对材料性能的时变演化引入CHILE模型，表征材料参数随温度的变化规律，建立了基于材料时变特性的热–化–力耦合分析模型。在进行力学行为分析时，将固化残余应力场作为预定义场，并采用Hashin失效准则和Cohesive zone模型分别表征材料的层内和层间损伤。结果表明，该情况下固化残余应力不仅影响材料损伤形式和分布，也会降低损伤失效极限载荷，所预测的四点弯载荷–位移曲线、损伤区域与试验结果具有较好的吻合性，验证了所提计算方法的有效性。

为了制备兼顾高热导率和高强度性能的Si₃N₄陶瓷，采用气压烧结在1 MPa N₂、1850 ℃下保温4 h 制备了Si₃N₄陶瓷，系统研究了掺杂方式（包覆和传统球磨）及烧结助剂含量对Si₃N₄陶瓷相组成、致密度、显微结构、力学性能及热导率的影响。结果表明，提高烧结助剂含量有助于提高Si₃N₄陶瓷的第二相结晶度、致密度、力学性能和热导率。与传统球磨引入烧结助剂的方法相比，包覆方法更有利于提高烧结助剂的分散均匀性，使得Si₃N₄陶瓷在烧结助剂质量分数仅为3% 时即形成连续网络分布的液相，促进Si₃N₄陶瓷烧结致密化，改善显微结构均匀性，从而提高Si₃N₄陶瓷的力学性能和热导率。采用包覆方法并添加烧结助剂（质量分数5%）制得的样品热导率为76.07 W·m^–1·K^–1，断裂韧性和弯曲强度分别高达8.39 MPa·m^1/2 和922.41 MPa，相较于球磨样品的弯曲强度提升了13%。

自由弯曲技术是一种少模具约束的成形工艺，但易出现薄壁管材失稳的起皱缺陷，制约了该技术在高端制造领域的应用。本文针对航空航天飞行器中使用的AA5052铝合金薄壁管材，建立了失稳起皱的力学模型。理论分析表明，管材具有的初始几何微缺陷在轴向附加推力的作用下显著降低了成形极限。此外，通过单向拉伸试验获得了AA5052铝合金管材的力学性能，在考虑初始几何微缺陷的基础上，利用ABAQUS/Implicit算法建立了AA5052铝合金管材无芯自由弯曲成形起皱预测的有限元模型。结果表明，引入初始几何微缺陷的仿真预测模型能够较好地预测管材起皱的几何形状和发展趋势。最后，通过自由弯曲成形试验验证了该模型的准确性。

飞机蒙皮的尺寸大、刚度小，在切削加工时容易产生加工变形，针对蒙皮的镜像加工变形问题，提出了一种基于子结构技术的变形预测柔性方法。该方法将整个薄壁件分为两个部分，通过耦合两个部分的变形模型降低了求解整个薄壁件变形模型的难度。在考虑刀路变形连续性的基础上，在初始切削位置，加工变形预测方法仍使用传统的迭代方法预测，在其余切削位置，将前一个切削位置的收敛切深作为迭代初始值。相比于传统的加工变形迭代预测方法，该方法大幅提高了收敛速度。最后通过有限元仿真和镜像加工试验证明了所提方法的有效性，该方法整体的计算时间和迭代次数分别降低了46.15% 和41.94%。