航空大型整体结构件的铣削变形与控制是当前研究的热点和难点问题。由于大型毛坯板材需要拼连获得,因此拼连工艺及连接区状态对后续铣削变形将产生重要影响。本文针对目前已被确定在大型毛坯板材拼连中采用的搅拌摩擦连接技术,以高强度铝合金7022为研究对象,系统研究拼连工艺对连接区完整性的影响,并在此基础上预测了后续铣削变形规律,为航空大型结构件加工变形的控制奠定基础。本文完成的主要工作和取得的成果如下:1.分析研究了7022航空铝合金搅拌摩擦连接区金属塑性流动过程利用金相显微镜和工具显微镜对搅拌连接区截面进行了分析,得出了连接区金属塑性流动规律。通过理论分析证明了连接区金属塑性流动规律的正确性并建立了相应的连接区金属塑性流动模型。2.研究了主要连接工艺参数对连接区力学性能的影响规律并建立了相应的搅拌头所受作用力数学模型通过理论和实验相结合的方法,确定了10mm厚7022铝合金搅拌摩擦连接工艺参数范围:搅拌头转速为300~600rpm,搅拌头前进速度为30~100 mm·min-1。通过对各参数下连接板材的连接区力学性能分析,得出搅拌头转速为400rpm,搅拌头前进速度为100 mm·min-1时连接的板材其力学性能较其它工艺参数好。利用自制的搅拌摩擦连接专用测力仪测得各组工艺参数下的搅拌头所受作用力,并通过多元线性回归法建立了搅拌头所受作用力数学模型,且对模型回归进行了检验,得出该模型的线性关系在90%的水平下显著成立。3.开展了搅拌摩擦连接温度场的数值模拟和实验研究建立了搅拌摩擦连接过程中热源模型,并通过ANSYS软件对搅拌摩擦连接温度场进行了数值模拟,得到了温度场分布云图,分析了连接过程中温度的变化趋势,得出搅拌摩擦连接过程中温度场场分布呈椭圆形,且前进侧温度高于返回侧。另外,对不同工艺参数下的温度循环曲线变化进行了分析,得出热循环曲线变化规律,并通过实验验证了模型的有效性。4.开展了搅拌摩擦连接残余应力分布及其变形规律研究对搅拌摩擦连接热力耦合模型进行了有限元分析,得出了连接残余应力分布和变形的云图和曲线,并将模拟结果与实验结果进行了对比。在此基础上,进一步预测了大尺寸不同结构连接件的残余应力分布和变形规律。从预测的结果可以看出残余应力主要集中在连接区,且最大残余拉应力在连接区的中间位置;连接区中心明显向下位移,平行连接区的两端向上翘起,变形呈“V”形状,其变形程度与结构件形式和尺寸有关。5.研究了搅拌摩擦连接坯材的铣削残余应力分布及其变形考虑搅拌摩擦连接坯材内的残余应力分布对后续铣削的残余应力分布和变形的影响,进行了相应的数值模拟,得出了连接坯材的铣削残余应力分布和变形的云图和曲线,并通过实验验证了模拟的正确性。在此基础上,预测了大尺寸不同结构连接坯材铣削残余应力分布和变形规律。从预测的结果可以看出残余应力主要集中在连接区,最大残余拉应力与结构件形式有关;其变形呈“马鞍”形状,变形程度与结构件形式和尺寸有关。最后根究预测的铣削残余应力分布和变形规律,开发了适合于航空铝合金搅拌摩擦连接坯材的铣削残余应力分布和变形预测分析软件。