先进复合材料具有轻质量、高强度、高模量、结构功能一体化和设计制造一体化、易于成型为大型构件等优点,在航空航天工业中起到非常重要的作用。作为21世纪的主导材料,先进复合材料已经广泛应用于各种型号的民用客机、军机,并且其用量已经成为先进航空航天器的重要指标之一。复合材料成本过高仍是制约飞机结构大量应用复合材料的主要障碍,造成成本下不来、用量上不去的状况。复合材料构件成本的70%以上来自于制造工艺,因此,降低复合材料构件的制造成本是复合材料发展中亟待解决的关键问题。自动铺带技术是实现复合材料“低成本、高性能、高效率”制造的重要途径,在航空航天高性能复合材料结构的制造中应用极为广泛。目前,国内少数几家大型飞机制造企业已引进自动铺带机。由于西方国家对自动铺带工艺的严密封锁,导致自动铺带工艺技术成为制约我国航空航天飞行器应用复合材料的一个瓶颈,自动铺带工艺技术的研究迫在眉睫。因此,本文以航空制造业对保证大型复合材料构件产品质量和提高加工效率的需求为出发点,针对一步法自动铺带工艺方法中轨迹规划以及铺放适宜性开展研究工作。为了确定预浸带的最优铺放路径,研究了铺放路径对预浸带变形的影响。通过将铺放成型视作一个几何映射过程,同时添加规整纤维片材映射的假设,得到了预浸带到模具表面的映射规律。在此基础上建立了表征预浸带变形与铺放路径关系的数学模型,并进一步获得了“最小预浸带变形”这一约束条件下的最优铺放路径。提出了一个反映预浸带变形与褶皱形成关系的模型,并在三类非可展模具曲面上对该模型进行了研究。建立了曲面自动铺带适宜性判据,用于指导预浸带带宽的选择。该判据在保证铺放质量的同时也兼顾了铺放效率,并已得到工程实践验证。考察了铺放过程中相邻带料的关系,建立了间隙的数学模型。将“测地线策略”与“平行线策略”这两种常用的铺放策略进行了比较,指出测地线策略的优势在于控制带料变形,而平行线策略则在于控制带料之间的间隙。提出了一种基于测地曲率的“近似测地线策略”,克服了原有策略难以控制相邻带料之间间隙的难题,并采用MATLAB数值仿真的方法对该策略进行了研究。提出了一种直接在光滑曲面上构造测地线的几何方法。该方法利用了测地线的主法线重合于曲面的法线这一几何学原理,特点是简单、高效而且不需要求解复杂的测地微分方程。推导出该方法的计算误差模型,并提出了一种步长调整策略。在B样条曲面及其所对应的网格曲面上将该几何方法与Beck的方法以及Ravi Kumar的离散方法在计算效率与计算精度方面进行了比较。结果表明,该几何方法在平缓曲面上计算效率与计算精度均能得到保证,因此其特别适用于自动铺带领域。分析了自动铺带工艺过程中相邻铺层界面间的贴合形成机制,研究了铺层界面间贴合过程中树脂流体在平行板之间挤压、流动、浸润过程。指出在树脂流体黏度一定的情况下,树脂对界面浸润效果越好,则界面贴合能力越强。利用流体力学理论推导出树脂流体对界面浸润效果的计算公式,并分析了铺放压力、铺放速度、模具温度等工艺参数对浸润效果以及贴合能力的影响,提出以平均剥离力作为量化铺层贴合能力的指标。在自行研制的自动铺带工艺参数实验平台上进行了一系列实验,实验结果验证了所提出的树脂流体对界面浸润效果计算公式的正确性。针对国产5228/T700型高温环氧树脂预浸带开展了自动铺放工艺适宜性研究。建立了碳纤维预浸带铺覆性的数学模型。在自动铺带工艺参数实验平台以及电子万能试验机进行了一系列黏性与铺覆性实验,得到了该型号预浸带铺放适宜性随铺放压力、铺放速度、加热温度等工艺参数变化的规律。本文针对自动铺带工艺中轨迹规划与铺放适宜性开展了一系列深入的研究,取得了曲面自动铺带适宜性判据以及间隙的控制策略等研究成果,有助于提高铺放效率与保证大型复合材料构件的铺放质量。另外,本文针对一步法自动铺带形成的关键技术可以直接推广至二步法铺带。