钛合金由于具有超高的比强度、优异的耐腐蚀性以及良好的耐高温性能,而被广泛应用于航空结构。但钛合金抵抗裂纹扩展的能力较弱,其制件中一旦出现疲劳裂纹,则会快速扩展。因此,钛合金结构增韧成为关键问题。通过扩散连接技术,将钛合金制成层合结构,是提高其韧性有效且常用的技术。研究表明,结构内部缺陷除了引起应力集中,造成结构承载能力下降外,有时可以利用其对应力分布的调控作用,起到阻碍裂纹扩展、提高韧性的作用。基于该思想,在钛合金层合结构层间连接层预设非完全连接区,有可能起到阻碍裂纹扩展的作用,有望成为钛合金层板的增韧新方法。本文研究基于预设非焊合区的钛合金层板增韧方法。利用试验和数值模拟技术,探讨非焊合区对增韧的有效性,分析和总结非焊合区的布置、尺寸等参数对增韧性能的影响规律;通过理论与数值相结合的手段,对扩展过程中裂纹前缘应力强度因子的分布进行表征,进而揭示预设非焊合区的增韧机理;通过调整非焊合区的布局与几何参数,实现增韧设计。主要研究内容和成果如下:（1）基于预设非焊合区的钛合金层板增韧方法及其有效性验证。利用试验测试与数值模拟技术分析预设非焊合区对钛合金层板疲劳扩展寿命的影响,分析基于预设非焊合区的钛合金层板增韧方法的有效性。首先建立了基于扩展有限元的含非焊合区钛合金层板的失效过程分析模型,并基于该模型对钛合金层板进行仿真分析;进一步通过扩散连接工艺制作了含非焊合区的开孔钛合金层板试验件,使用降载勾线方法对试件进行拉-拉疲劳试验;通过对疲劳断面上清晰的痕迹线进行判读,获取了疲劳裂纹在含非焊合区钛合金层板内扩展的全过程;数值分析结果与试验测试结果吻合,表明本文所建立的分析模型的有效性,能够精确预测含非焊合区的钛合金层板的疲劳裂纹扩展性能。数值分析和试验测试结果均表明,预设非焊合区对疲劳裂纹扩展过程影响显著,合理布置非焊合区是有效的增韧方法。（2）非焊合区关键几何参数对钛合金层板增韧影响分析。通过含非焊合区钛合金层板的失效过程分析模型,分析和总结了非焊合区的布置、尺寸等参数对增韧性能的影响规律。从裂纹沿表面以及深度扩展两个方面进行讨论,分析了这些参数对钛合金层板疲劳裂纹扩展寿命、疲劳裂纹扩展速率以及结构失效全过程的影响。结果表明,当裂纹面扩展至非焊合区边界时,表面裂纹扩展速率有明显的减缓,而非焊合区的尺寸参数则决定扩展速率降低的区域位置;当裂纹面沿厚度扩展至非焊合区时,非焊合区可以阻断裂纹面继续往厚度方向扩展,裂纹发生转向,而非焊合区位置参数决定了裂纹发生转向的时机,合理的位置参数可以极大的延长结构的疲劳裂纹扩展寿命。（3）钛合金层板预设非焊合区增韧机理研究。通过理论与数值相结合的手段,对扩展过程中裂纹前缘应力强度因子的分布进行表征,通过分析非焊合区附近的三维裂纹前缘应力强度因子分布,揭示了预设非焊合区的增韧机理。首先,通过试件断面获得疲劳裂纹前缘准确的形状,建立三维裂纹前缘的应力强度因子分析模型。然后,针对裂纹扩展过程中裂纹前缘形状的特点,将其划分三个阶段,分段给出了疲劳裂纹前缘应力强度因子的计算公式,并对公式的精度进行了讨论。最后,通过分析非焊合区附近三维裂纹前缘应力强度因子的分布,得出非焊合区的增韧作用体现在两个方面:一方面,非焊合区的存在改变了疲劳裂纹的扩展路径;另一方面,由于疲劳裂纹扩展路径的改变,裂纹前缘从孔边高应力区,快速引导到了远离孔边的低应力区,使得疲劳裂纹扩展的主要区域发生在低应力区,从而降低了疲劳裂纹的扩展速率,达到了非焊合区增韧的目的。（4）基于单层失效思想的非焊合区布局设计。基于单层失效思想,通过调整非焊合区的布局与几何,实现了增韧设计。首先对非焊合区的布局形式进行了设计,包括层间面内的非焊合区布局形式设计以及非焊合区在层板厚度方向位置的设计,得到了三种设计方案。并针对所设计的方案制作了相应的试验件,通过疲劳试验对设计方案进行分析,试验结果表明:发生单层失效的试件疲劳扩展寿命更长,层板韧性进一步提高。同时总结出产生单层失效的关键影响参数,即层间连接区域的大小及位置。最后,给出临界界面连接尺寸与位置的确定方法。