自动铺丝成型工艺因其高效率、高质量、高成型适应性的技术特点,在进气道、机身以及承力锥等大型航空航天复杂复合材料的构件成型中体现出了其它成型工艺无法比拟的优势。目前自动铺丝在国内复合材料的工业化应用仍处于起步阶段,且相关研究多集中于机器构型、工艺参数优化、轨迹规划等基础方面,对自动铺丝成型过程中可能形成的缺陷种类及其对构件性能的影响尚缺乏深入研究。本文重点研究了自动铺丝工艺诱导缺陷,尤其是在非测地线铺放情形下产生的纤维屈曲缺陷对复合材料性能的影响,为自动铺丝成型工艺的成型质量控制、优化及工业化应用提供理论依据。首先,系统地分析了自动铺丝成型过程中预浸丝束的受力及变形特点,得到成型工艺过程中可能诱导的缺陷种类。对比了各类缺陷的形成机理及难易程度,结合实际铺放状态,确定了本文的研究重点—纤维面内屈曲。利用正弦曲线模型表征单根屈曲纤维的分布形态,同时为方便纤维屈曲尺度的表征,提出以纤维纵向压缩应变为宏观参数,表征纤维屈曲程度。基于纤维屈曲振幅波长比、屈曲纤维纵向压缩应变ε与纤维偏转角度之间的关系,发现纤维纵向压缩应变越大,屈曲纤维振幅波长比越大,纤维偏转角度越大,纤维屈曲也就越严重。其次,基于多根屈曲纤维可能分布形态,提出了四种屈曲纤维分布模型,即等尺度均匀分布模型、等尺度随机分布模型、变尺度均匀分布模型和变尺度局部分布模型。结合复合材料二维层合板理论,推导了包含不同分布形态和尺度的纤维屈曲层合板工程弹性常数的计算公式,研究了纤维屈曲对构件性能的影响。结果发现,四种模型所得的纤维屈曲尺度对工程弹性常数的影响趋势是一致的,随着纤维屈曲尺度的增加,含屈曲纤维单层板的纵向拉伸模量、面内剪切模量及横向泊松比降低,其中纵向拉伸模量的下降幅度更加明显,横向拉伸模量和纵向泊松比所受影响在一定程度上可以忽略,且在自动铺丝常规成型条件下,上述四种模型的计算结果相差无几。因此,从便于纤维轴向压缩应变和纤维偏转角的计算的角度出发,可利用等尺度屈曲均匀分布模型描述实际纤维屈曲缺陷中纤维分布。有限元软件分析结果证明,利用本文所提出的屈曲纤维等尺度均匀分布模型并基于偏轴应力应变关系与最大应力失效准则,对含有纤维屈曲的复合材料构件工程弹性常数进行预测,研究不同屈曲尺度对复材性能的影响是可行的。再次,为满足现行拉伸性能测试标准对测试试样的要求,设计了用于制备含可控尺度的纤维屈曲缺陷试样的试验夹具,进行了相关性能测试,试验结果表明本文关于纤维屈曲对复合材料性能影响的理论推导是正确的,且利用纤维纵向压缩应变作为宏观参量对纤维屈曲尺度进行评价是合理的,极大地方便了铺放过程中可能产生的纤维屈曲尺度的预估。第四,基于纤维屈曲缺陷对构件力学性能的影响,同时结合铺放轨迹的几何约束,提出了铺放过程中可能产生的纤维屈曲尺度的评估标准,即通过对比铺放路径测地曲率半径ρ与预浸丝束临界压缩应变对应的临界屈曲侧弯半径ρ_cri之间的关系,对铺放路径形成纤维屈曲的可能性及其尺度进行评价。若ρ>ρ_cri,丝束中并不会因过大的压缩变形而产生明显的纤维屈曲,纤维屈曲对最终构件的影响可以忽略;若ρ<ρ_cri,铺放过程中将产生一定的纤维屈曲,轨迹可铺性较差,且铺放路径测地曲率半径越小,纤维屈曲尺度越大,轨迹的可铺放性越差。实际的圆锥结构件上固定角轨迹的铺放效果验证了上述纤维屈曲尺度评估标准合理性和可行性。最后,基于本文关于自动铺丝成型工艺诱导缺陷形成机理及其影响因素的分析,提出了上述铺丝工艺诱导纤维屈曲、丝束搭接或间隙缺陷的的抑制方法。具体地,基于预浸料变形能力的影响因素及其各自对预浸料变形能力的影响规律,可通过优化铺放工艺参数改善预浸丝束变形能力,或使用更窄的预浸丝束,降低固定轨迹下预浸丝束的轴向压缩应变,以达到避免纤维屈曲形成或降低其尺度的目的。而针对丝束搭接和间隙缺陷,可以通过提高预浸丝束宽度的精度和均匀性、使用更窄的预浸丝束等方法,使得同一铺层中的丝束搭接或间隙缺陷尺度更小、分布更均匀,从而降低上述丝束搭接或间隙对复合材料性能的负面影响。上述方法为实现复合材料构件铺放质量的最优化提供了技术支撑。