应力松弛成形技术工艺简单、残余应力小而且成形过程中能够显著提高材料机械性能，因此比较适合用于制造飞机蒙皮和机翼壁板等大型承载结构件。目前，国内的应力松弛成形技术还处在试验研究阶段，由于对噪声因素（热压罐升温速率）的影响缺少研究，在批量生产过程中容易出现由于升温速率波动导致的材料过时效及成形精度误差比较大等质量问题。此外，由于框板式模具缺乏设计标准，模具型面精度难以保证，也给应力松弛成形造成不利影响。　　针对上述问题，本文提出了应力松弛成形工艺稳健设计及框板式模具结构优化方法，分别从以下几个方面展开研究：　　（1）针对热压罐升温速率波动容易造成的成形质量问题，提出了基于容差模型和稳健支持向量回归算法的应力松弛成形工艺参数优化方法，并给出了一种改进的容差计算方法。该方法首先建立了工艺参数优化数学模型，以塑性应变的倒数为优化目标，以材料性能提升率为优化约束函数；建立了优化目标响应曲面、优化约束响应曲面以及优化约束容差响应曲面，利用后两者计算得到稳健工艺可行域；最终在可行域内求解得到优化目标最小值及最优工艺参数。应力松弛试验结果表明：采用优化工艺参数的试验件全部满足约束条件，同时目标函数由986降低到752，塑性应变由0.101％提高到0.133%，工艺参数逐渐逼近最优值。　　（2）为了提高响应曲面精度，提出了考虑输入带有球体扰动的稳健ε-支持向量回归算法，推导并给出了两个求解凸二次规划问题的重要结论：a)证明稳健ε-支持向量回归模型中的凸二次规划问题可以转化为二阶锥规划问题；b)证明通过求解二阶锥规划问题的对偶问题可以求得稳健ε-支持向量回归模型的最优解。此外，论文给出了惩罚参数C的选取方法以及预测误差的非参数假设检验方法。两组数值实验结果表明该算法对于解决线性和非线性回归问题具有很好的精度。　　（3）本文提出了应力松弛成形保温时间调节算法，通过第二次参数设计来提高产品优化目标的稳健性。首先，在优化工艺参数的基础上，设计了四组应力松弛试验，试验结果表明：升温速率与应力松弛量之间存在非线性关系；保温时间与应力松弛量之间存在显著的线性关系；在成形过程中升温速率应尽量平稳一致，降温速率应当控制在0.73℃/min以下。其次，利用稳健支持向量回归算法建立升温速率及保温时间与应力松弛量之间的函数关系，并由此给出弹性保温时间计算方法。最后，以不同升温速率应力松弛试验为例，进行固定保温时间和弹性保温时间对比试验，结果表明：两种不同保温方法的塑性应变均值比较接近，但是采用弹性保温时间方法的塑性应变方差比前者小了一个数量级，这说明保温时间调节算法能够降低升温速率波动对塑性应变的影响。　　（4）本文提出了基于时域采样和频域分析的框板式模具结构优化方法。该方法利用信息采样的思想描述框板式模具型面的离散过程，采用离散Fourier变换将模具型面变换到频域，由采样定理确定的采样频率阈值计算出框板式模具肋板间距，由模具型面上的端点、曲率拐点或曲率最大值点确定肋板位置，根据肋板间距和肋板位置给出肋板宽度，最终完成框板式模具结构设计。　　通过两组实例验证了该方法的有效性。1）以W形模具型面为例，有限元结果表明：与基于经验法的模具结构设计相比，采用基于频域分析法的模具结构设计材料节省率ηυ由43.31%提高到56.86%，同时模具型面的误差范围由0.118mm下降到0.056486mm。在同样采用基于频域分析法的模具结构设计的情况下，当肋板沿着曲率比较大的方向布置时，模具的材料节省率ηυ进一步提高到65%，模具型面误差范围减小了0.005086mm，且误差分布更加均匀，这说明肋板沿着模具型面曲率比较复杂的方向布置比较有利。2）以飞机整体壁板的球形模具型面为例，有限元模拟结果表明，模具型面误差范围为-0.0509mm~+0.0788mm，优化后的模具材料节省率为41.03%。飞机整体壁板应力松弛成形实验表明，成形后的零件误差控制在-0.5mm～+0.5mm以内，这说明本文提出的基于频域分析法的框板式模具结构优化方法对于提高模具型面精度和材料节省率十分有效。　　综上所述，本文提出的应力松弛成形工艺稳健设计及框板式模具结构优化方法解决了批量生产过程中噪声因素干扰以及模具设计缺乏标准等问题，对于铝合金应力松弛成形工艺的实际应用具有一定的指导和借鉴意义。