高精密复杂武器装备中存在大量异质材料结构。异质材料结构热失配引起的热应力集中,破坏结构精度和动态响应性能,对精密结构产生极大的影响,造成整体性能倍数级的下降,严重制约着高精密复杂武器装备性能的提升。针对异质材料结构热失配引起的热应力集中问题,本文通过对比不同异质材料结构连接方法的热应力,确定异质材料结构热应力均匀化方法;以可调控热膨胀点阵为切入点,重点研究可调控热膨胀点阵的构型和性能,建立基于可调控热膨胀点阵的异质材料结构热应力均匀化方法,实现异质材料结构热膨胀系数梯度变化,有效减小结构的热应力。主要内容如下:1、提出了异质材料结构热膨胀梯度变化连接方案。分别通过理论计算和有限元仿真计算二维双材料板的热应力分布,并将理论计算结果与有限元仿真结果对比,验证理论计算公式的有效性;基于异质材料结构热应力的计算公式,研究不同参数对异质材料结构最大热应力的影响趋势,结合可调控热膨胀点阵的优异性能,将热膨胀系数作为异质材料结构热应力均匀化的关键设计参数;利用有限元仿真,对比不同热应力均匀化方法的热应力大小,最终确定异质材料结构三层梯度热膨胀点阵连接为最优方案。2、设计了倒梯形可调控热膨胀点阵。提出双材料复合杆可调控热膨胀单元,研究双材料复合杆的热膨胀机理;将双材料复合杆单元与三角形单元相结合,建立双材料倒梯形点阵结构,并对其热膨胀计算公式进行推导与分析。分析表明:与传统三角形点阵相比,倒梯形点阵可以扩大负热膨胀调控范围。利用有限元仿真,研究不同参数对倒梯形点阵性能的影响规律。结果表明,为了降低结构的应力,在满足结构热膨胀系数要求的条件下,应该选择较小的热膨胀系数比、较小的长杆-虚拟杆长度比和较大的点阵高度。3、探究了材料性能温变对可调控热膨胀点阵等效热膨胀系数的影响规律。利用分子动力学模拟,研究晶格间距随温度的拟合公式,计算得到不同温度下材料的热膨胀系数;并利用有限元仿真研究材料热膨胀系数温变对倒梯形点阵热膨胀系数的影响。结果表明,材料热膨胀系数温变导致倒梯形点阵热膨胀系数的随温度升高逐渐增大。利用分子动力学模拟,得到材料的杨氏模量拟合公式,并基于材料的微范性理论,对得到的杨氏模量拟合公式进行修正;利用有限元仿真研究材料杨氏模量温变对倒梯形点阵热膨胀系数的影响。结果表明,材料杨氏模量温变对倒梯形点阵热膨胀系数的影响不大。4、搭建了适用于可调控热膨胀点阵的热膨胀系数测量平台。根据热膨胀系数测量的基本原理,搭建热膨胀测量平台,并验证了测量平台的有效性;制备倒梯形负热膨胀点阵,利用所搭建的热膨胀测量平台进行热膨胀系数测量。测量结果表明,倒梯形点阵的热膨胀系数与设计值吻合,其平均热膨胀系数为-74.4×106-/℃,实现了负热膨胀。最后,对测量过程中样件与激光探头之间的微位移造成的测量误差进行分析。分析结果表明微位移的平移分量对测量结果没有影响,而旋转分量会导致测量结果偏大。5、建立了基于可调控热膨胀点阵的异质材料结构梯度热膨胀连接方法。分析异质材料结构梯度热膨胀设计必须遵循的约束条件,构建多种备选可调控点阵结构,并计算不同点阵的热膨胀调节范围,建立异质材料结构梯度热膨胀设计详细流程;分别针对竖向零热膨胀和竖向负热膨胀异质材料结构进行梯度热膨胀连接设计,并利用多体动力学仿真验证所设计异质材料结构梯度热膨胀点阵连接的可行性;最后,制备竖向负热膨胀异质材料结构可调控点阵连接样件,分别测量其y向和连接层各层x方向的等效热膨胀系数,进一步测量其翘曲变形,并计算其最大热应力。实验结果表明:所设计竖向负热膨胀异质材料结构梯度热膨胀点阵连接实现了热膨胀系数的梯度变化和竖向的负热膨胀,其最大热应力为5.28MPa,与异质材料结构直接连接的最大热应力相比,其最大热应力大大减小,证明异质材料结构热膨胀梯度点阵连接可以有效减小结构的热应力。