钛合金大型筋板构件可从材料和结构两方面实现高性能轻量化,已成为航空航天领域高端装备的必然选择。等温局部加载技术融合了等温成形和局部加载两方面的工艺优势,可有效降低成形载荷、拓宽构件成形尺寸和设备成形能力,实现钛合金大型筋板构件的成形成性一体化制造,是迫切需要研究发展的先进塑性成形技术。然而,由于局部加载中材料流动和大型不规则多筋构件结构的双重复杂性,使如何优化设计预成形坯料及控制成形缺陷成为具有挑战性的难题。为此,本文采用有限元数值模拟、理论分析和物理模拟实验相结合的方法,对钛合金大型筋板构件局部加载中的预成形坯料优化设计进行了系统深入的研究,主要研究内容及结果如下:通过分析局部加载的材料流动特征和应变场演化历程,揭示了各加载区交互作用下的近程转移效应:因加载区材料的往复转移,分模线至未加载区首根筋之间会出现局部复合变形,即在第一加载步发生翘曲,第二加载步出现筋错移,且翘曲和筋错移的严重程度与材料转移量呈正相关;邻近分模线区域的坯料体积分配过多会增加材料转移量,是导致折叠的关键原因。通过与整体加载应变场对比观察到:分模线至未加载区首根筋之间会产生一个附加应变场;远离分模线区域的应变与整体加载相似,更换加载顺序对该区域应变影响不大。在此基础上,获得了近程转移效应的影响范围,确定了过渡区与先、后加载区的边界,为发展满足精度和效率的坯料优化设计过程提供依据。针对先、后加载区易出现的充填不满问题,提出了调控分流层位置结合微量体积补偿的不等厚坯料优化设计思路,确定了三种优化方式及其应用条件:I、调整不等厚坯料的分区位置;II、增加不等厚坯料的分区区域;III、增厚不等厚坯料的分区区域。据此,发展了基于正向分步修正的不等厚坯料优化方法。其中,采用优化方式I和II并结合三次迭代的方式III,获得了先、后加载区优化的不等厚坯料,相较于初始不等厚坯料,充填不满率由7.21%下降到了0.05%,所提出的方法不仅改善了充填,而且大幅提高了坯料的优化效率。研究分析了坯料体积分配对材料转移率、过渡区成形缺陷及附加应变场的影响规律,并建立了该区域坯料体积分配与材料转移率的关联关系;基于等厚坯料,通过逐步减少压下量确定了折叠约束下临界材料转移率。将上述两方面研究相结合,发展了过渡区折叠约束下不等厚坯料几何参数可行域的确定方法,并通过模拟和实验验证了可行域的可靠性。通过显著性分析,获得了摩擦因子、坯料制造公差、上模压下量、变形温度的波动对过渡区成形质量的影响,结果表明:摩擦因子、坯料制造公差、上模压下量对过渡区的充填和附加应变场影响较大;仅有摩擦因子影响材料转移和折叠的生成;变形温度对充填、应变和折叠的影响均很小。在此基础上,通过综合考虑确定性因素(坯料几何参数)和不确定性因素的影响,基于双响应面法和NSGA-II多目标优化算法,实现了过渡区不等厚坯料的稳健优化设计。该坯料不仅可以避免不确定性因素波动引起的折叠,而且可改善充填和变形均匀性,同时可提高这两个目标的稳定性。基于正向分步修正的先、后加载区不等厚坯料优化方法以及多目标稳健控制的过渡区不等厚坯料优化方法,最终实现了不等厚坯料的总体优化,为实现钛合金大型筋板构件等温局部加载成形成性一体化制造奠定了重要基础。