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热塑性复合材料自动铺放原位固结成型工艺在提高复合材料制造效率和降低成本方面具有极大潜力,在航空复合材料制造领域具有广泛的应用前景。但由于该工艺具有瞬时高温的特点,在较快的铺放速度下复合材料的性能难以达到热压罐等传统工艺的水平,因此,成型效率与成型质量之间的矛盾给该工艺的广泛应用带来了巨大的挑战。基于此,本文以航空用碳纤维/聚苯硫醚(CF/PPS)热塑性复合材料为研究对象,针对激光辅助加热自动铺放原位固结成型过程的温度场、PPS热降解和结晶、以及层间结合等机理进行研究,并分析了自动铺放原位固结成型工艺参数对层合板层间性能的影响。在成型过程中,铺放头不断移动并将热塑性预浸料逐层铺叠到模具/底层铺层上,整个过程为三维瞬态过程。通过建立三维瞬态温度场有限元模型分析了铺层在成型过程中的温度变化历程,探讨了模具温度和铺放速度对其峰值温度的影响。通过搭建温度场在线测量系统,采用体积更小、采样频率更高的布拉格光纤光栅传感器对成型过程中的温度场进行在线测量,验证了有限元模型的准确性。在成型过程中,预浸料温度的提高能够有效降低树脂基体黏度,从而有利于层间结合,但提高预浸料温度的同时须确保基体的热降解在可接受的范围内,从而能够在性能和制造效率之间进行权衡。基于此,结合材料特性以及成型过程的实际环境条件,建立了有氧条件下包含多级反应的PPS热降解动力学模型,并采用四阶RungeKutta法验证了动力学模型的准确性。采用动力学模型对成型过程中瞬时高温条件下PPS的热降解量进行了预测,并结合层合板的表面形貌和元素变化,分析了自动铺放原位成型过程中PPS基体的热降解机理。基于CF/PPS复合材料的结晶动力学,确定了其结晶温度窗口,并验证了动力学计算结果的准确性。研究了激光加热温度、铺放速度和模具温度对层合板结晶度的影响,确定了模具温度为主要的影响因素,并结合动力学研究结果,分析了模具温度对层合板结晶度的影响机理:当模具温度在CF/PPS复合材料的结晶温度窗口内时,其结晶过程不仅包含降温阶段的非等温结晶,还包含在模具上的等温结晶,其中,等温结晶过程能够有效提高层合板的结晶度。基于此,进一步分析了模具温度对层合板层间剪切强度、弯曲强度和I型断裂韧性的影响。基于两种常用的预浸料表面模型:理想矩形表面模型和分形表面模型,对比分析了成型工艺参数对层间紧密接触程度的影响规律;基于PPS流变实验研究了其分子链扩散过程。通过对比紧密接触过程和分子链扩散过程的时间尺度,确定了成型过程中层间结合的控制因素为紧密接触。在上述各项成型机理研究所确定的工艺参数范围内,综合分析了成型工艺参数对层合板层间剪切强度的影响。以热压成型层合板的层间剪切强度为标准值,对自动铺放原位固结成型层合板的层间结合度实验值进行了计算,并与两种紧密接触模型计算得到的层间结合度理论值进行了对比分析,确定了两种预浸料表面模型对于本论文所使用CF/PPS预浸料的适用性。