高超声速飞行器在飞行过程中,受到气动热机耦合作用,在热—机械载荷联合作用下通常会出现结构刚度降低的问题,导致飞行控制精度降低。NiTi形状记忆合金（简称为NiTi SMA）作为智能材料的一种,其回复速度快,作动能力强的特点使其能够应用与结构刚度提升。现有的NiTi SMA刚度控制结构制备方法不能满足飞行器轻量化以及制备过程简化的需求,采用激光焊接实现NiTi SMA板材与结构之间的连接可避免上述问题。本文采用2A12铝合金与NiTi SMA进行双层刚度优化结构的制备,主要研究2A12铝合金的激光封边焊接工艺、NiTi SMA/2A12铝合金的激光焊接工艺以及该双层结构的刚度控制。采用响应曲面法结合不同参数下的焊缝截面成形,对2A12铝合金激光封边焊接工艺参数进行显著性进行研究,结果表明激光功率为显著性因素,焊接速度和离焦量呈现极显著性因素,而气流量为不显著性因素。对三种显著因素采用正交试验进一步研究其对接头性能的影响,结果为离焦量对接头性能的影响最大。当激光功率为2750 W,焊接速度为8 mm/s,离焦量为-2 mm,气流量为10 L/min,此时接头具有最高承载能力,为148 N/mm,焊缝组织自熔合线向上呈现胞状树枝晶至等轴晶的变化趋势。采用TC4焊丝对2A12铝合金和NiTi SMA进行激光搭接焊,主要研究激光功率和对接头的组织及性能的影响。焊缝与NiTi SMA的界面处主要形成Ti2Ni相,在焊缝区域主要形成β-Ti相和Ti2Ni相。当激光功率为2100 W时,界面反应不充分,化合物生成较少,接头剪切性能较低;当激光功率为2400W时,焊缝一侧为含有大量α-Ti相的类TC4焊缝组织,在界面处形成较多的Ti Al3化合物,此时接头具有最大的剪切性能,达到211 N/mm。当激光功率增加至2700 W时,NiTi SMA的熔合比较高,Ni元素抑制焊缝与2A12铝合金的界面的Ti-Al反应,使得在界面处化合物析出较少,母材之间接合不佳,接头剪切性能降低至130 N/mm;当激光功率为3000 W和3300 W时,界面处存在大量铝元素烧损导致的气孔,使接头的剪切性能进一步降低至79 N/mm。基于泊松—基尔霍夫（Possion-Kirchhoff）薄板理论证明了内应力对结构刚度具有提升作用,阐释了NiTi SMA作动力对结构刚度的提升原理。采用Ansys Workbench软件分进行了单片和双片NiTi SMA在层合结构中不同位置时的固有频率仿真,结合前文研究得到的最优力学性能焊接工艺,在满足接头承载能力的前提下,当两片NiTi SMA与层合结构固定端的距离分别为120mm和240 mm时,该层合结构的固有频率最高,即NiTi SMA对结构的刚度提升效果最好。采用最优焊接工艺和最优NiTi SMA布局制备出双层层合结构,通过频响曲线分析,与无NiTi SMA的2A12铝合金的双层层合结构相比,固有频率提升203.4%。