搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)技术作为一种高效的固相焊接技术,在满足航空航天材料对高强铝合金结构材料的轻量化、高性能和高服役等方面具有其他焊接技术不可替代的作用。然而,目前大多数研究只是针对具体的铝合金FSW进行研究,忽略了对摩擦焊的共性特征-摩擦大变形体演变过程及其表征参量的系统研究。因此,本研究以铝合金2024、7050薄壁管的同质摩擦及其与W18Cr4V的异质摩擦为研究对象,采用实验研究与数理模型建立表征相结合的方法,研究了摩擦大变形体定态体系下的共性规律,并建立了粘塑性流动阶段及FSW个性特征的摩擦大变形体表征参量的数理模型,基于此建立了FSW摩擦大变形体接头抗拉强度数理模型,研究成果为FSW工艺过程提供理论指导。主要研究内容及结果如下:定压条件下,同质或异质组配摩擦实验表明摩擦大变形体的形成必须达到粘塑性流动阶段。旋转速度对峰值摩擦系数和到达峰值摩擦系数时间的响应更加显著,对准稳定阶段摩擦系数的影响不显著。基于以上实验基础,并结合流体控制方程、材料本构方程建立定压条件下同质组配摩擦大变形体粘塑性流动阶段峰值温度与稳态焊接功率的数理模型,并利用同质组配摩擦实验结果进行验证,证明了该模型具有一定准确性和可靠性。基于上述摩擦大变形体粘塑性流动阶段表征参量的数理模型,并以塑性变形领域唯象的Campbell稳定性判据为边界条件,结合合理假设、反双曲正弦本构方程及流体动力学基本控制方程,以应变速率敏感系数为中间变量,建立了FSW摩擦大变形体核区峰值温度与FSW工艺参数之间的数理关系,通过文献和实验结果与解析模型的计算结果对比表明,两者的误差在5%以内,证明FSW摩擦大变形体核区峰值温度数理模型具有一定的可靠性和准确性。基于在不同工艺参数条件下的AA5083铝合金FSW对接实验结果,利用量纲分析方法建立FSW摩擦大变形体接头抗拉强度数理模型,并通过实验验证模型的准确性,误差在5%以内证明了模型的正确性,结果证明最优的加工工艺窗口所对应的焊接热输入值在ω/v=4-5 rev/mm之间,结合FSW摩擦大变形体峰值温度数理模型分析了焊接缺陷产生的原因,证明了通过该数理模型指导工艺参数的选取和优化的合理性。