超大薄壁结构构成大型飞机、新一代运载火箭和太空站等产品骨架,是产品的主要承力结构,其装配偏差直接影响装备的整体性能。超大薄壁构件变形呈现几何非线性特征,现有薄壁结构装配偏差模型计算精度低,无法准确描述薄壁的旋转变形,导致结构装配偏差难以精确预测。超大薄壁结构的封闭性造成装配过程中偏差传递呈强耦合性,导致结构装配偏差传递规律难以分析,结构装配偏差预测及补偿困难,现场超大薄壁结构装配偏差控制依赖反复“试错”调试,极大影响了结构装配质量和效率。针对超大薄壁结构装配偏差精确描述及变形协调计算问题,本文基于绝对节点坐标法建立新型高阶梁/板单元模型及含筋板单元模型,用以精确描述薄壁结构的旋转变形。首次将绝对节点坐标法应用于薄板结构装配偏差分析中,建立薄壁结构装配变形协调力学计算模型。根据薄壁结构几何特征定义结构典型偏差模式,建立装配偏差传递函数和装配偏差质量指标体系,实现不同参数条件下超大薄壁结构装配偏差传递的定量分析,研究超大薄壁封闭结构装配变形协调及偏差累积规律。结合工程实际设计薄壁结构立式装配实验台,开展薄壁结构的装配及偏差测量实验,验证本文提出方法的有效性。本文的主要研究内容包括以下几个部分:1)基于绝对节点坐标法的新型含筋板单元设计修改现有板单元模型的形函数,建立了非规则曲面单元模型,解决了现有矩形单元对复杂曲面离散时产生的畸变问题。针对现有单元模型在数值计算中存在的泊松锁闭和剪切锁闭问题,构造了以高阶代数多项式表示的单元位移函数,引入可描述单元截面变形模式和提高其截面插值阶数的高阶斜率坐标,建立了新型高阶梁/板单元模型,并通过仿真案例验证单元的有效性。考虑含筋板单元模型中加强筋的布置形式及几何约束条件,建立了梁单元和板单元接触界面的变形协调方程,推导了梁/板单元间的节点坐标变换矩阵,提出了构建具有不同几何连续性和性能的新型含筋板单元模型的通用方法。通过仿真案例验证了含筋单元模型的正确性,并分析了加强筋的尺寸,数目及布置位置对结构性能的影响。2)考虑过约束装夹的超大薄壁结构变形协调计算方法针对超大薄壁铝合金结构的材料各向异性和几何非线性特征,推导了初始弯曲单元的刚度矩阵解析表达式。将绝对节点坐标法首次应用于薄壁结构装配变形协调计算问题,采用单元的斜率坐标精确描述薄壁结构的旋转变形。根据薄壁结构的几何特征定义了结构基本偏差模式,通过基本偏差模式的组合可获得结构任意偏差形式,用以定量研究装配过程偏差传递规律。基于准静态假设建立了薄壁结构校形后内应力和装配变形协调计算模型,研究了模型的高效数值迭代求解算法。基于装配偏差随初始偏差及几何尺寸变化的拟合函数和以结构弹性势能为指标的修正系数函数,建立了装配过程偏差传递模型,为薄壁结构装配过程中偏差的快速及精确计算提供了基础理论方法。3)超大封闭薄壁结构柔性装配变形协调计算与分析针对超大封闭薄壁结构装配过程进行了基本假设,建立了包含定位、装夹、校形和装配四个步骤的结构装配变形协调力学计算模型。根据封闭薄壁结构几何特征,建立了由结构轮廓度,母线直线度,圆度和圆柱度等基本几何特征数学模型构成的薄壁结构装配质量评价指标体系。通过Matlab数值仿真计算分析了封闭薄壁结构装配过程中结构变形协调及偏差场传递和累积规律,研究了结构初始偏差形式和大小,各结构的装配顺序,装配约束形式,结构尺寸等条件对装配质量的影响,分析了最后一道封闭连接产生的刚度突变带来整体结构的偏差变化,为实际现场装配过程中偏差的预测及补偿和装配工艺的优化提供了理论基础。4)薄壁结构柔性装配变形协调实验验证设计了薄壁结构立式装配实验平台与可实现薄壁结构装夹定位等功能的专用夹具,制定了结构装配及偏差测量实验流程,开展了不同尺寸大径厚比薄壁结构的装配实验,并通过激光扫描设备对结构装配前后的形貌进行了测量,以轮廓度为评价指标计算了薄壁结构装配前后偏差。分别采用本文方法和现有方法计算了同尺寸薄壁结构装配偏差并与实验结果进行了对比,结果表明本文方法在处理具有大径厚比的薄壁结构装配偏差计算问题时具有更高的精度和效率,可快速精确地获得结构装配偏差,实现结构装配偏差的预测及优化,避免了人工反复试错。本文形成了一套超大薄壁结构装配偏差建模和变形协调计算方法,为超大封闭薄壁结构的装配偏差预测和补偿提供了基础理论和技术方法。