纤维金属层板(fiber metal laminate,FML)同时继承了传统复合材料与金属材料各自的优点,并因其具有优异的抗疲劳特性和损伤容限特性,在航空工业领域得到了广泛的应用,成为新型航空材料。但在FML的制备过程中,由于组分材料热膨胀系数的不匹配、树脂基体的化学收缩以及构件与模具之间的相互作用,在固化周期结束后会导致层板内部产生复杂的残余应力场。而对于非对称混杂复合材料层板,内部应力沿厚度方向不平衡并产生弯曲力矩,将会导致层板的翘曲和回弹变形,严重地影响了FML制备形状的稳定性。因此,准确地预报FML的固化形状并有效地控制构件的几何尺寸,对于保证结构装配容差需求、提高构件的质量、降低成本具有重要的意义。为此本文结合实验测试结果,建立了预报FML室温下平衡构型的分析模型,对FML在热应力作用下的固化变形行为展开研究,准确地预测了FML固化后的形状并给出了几何参数对层板固化变形行为的影响规律,为混杂复合材料层板在制备过程中的构型控制提供理论指导。针对于混杂复合材料层板结构,在固化升温过程中金属层与预浸料层没有完全粘接且热应变不协调,导致其界面处存在粘接/滑移现象,这种界面的滑移效应是制约混杂层板平衡构型预报精度的关键因素。对此本文通过分析金属层与预浸料层在固化过程中的平面变形协调关系,推导出金属层与预浸料层界面滑移应变的数学表达式,并给出了考虑滑移效应条件下FML的固化变形规律。在此基础之上,基于非线性经典层合板理论并结合Rayleigh-Ritz最小势能原理,建立了考虑滑移效应的理论分析模型,对正交铺设FML固化后的平衡构型进行准确地预测。此外,通过采用SPRINGA弹簧单元模拟混杂层板界面的相互作用,建立了考虑滑移效应的有限元分析模型,将理论和有限元模型的预测结果与实验测量数据对比分析,验证了预报模型的正确性和合理性。混杂复合材料层板中预浸料的纤维取向不同表现出的力学特性也不同。基于正交铺设FML的预报结果,将考虑滑移效应的理论模型进行扩展,从而预测了具有任意铺设角度[Al/-θ/θ/Al]的FML固化后的形状和翘曲位移。鉴于几何参数对角铺设层板的固化变形行为具有重要的影响,利用建立的预报模型研究了层板尺寸、铝层厚度、长宽比和铺设角方向对固化后稳定构型的影响规律,同时给出了[Al/-45/45/Al]层板的主曲率方向与平衡构型之间的关系。通过对不同铺设角度的层板进行应变能分析,确定了热应变能和滑移应变能对总体势能的贡献。当考虑界面的滑移效应时,理论模型对FML固化平衡构型的预报精度提高10%左右。通过对具有不同铺设角度的层板进行参数灵敏性分析,确定了影响层板固化平衡构型的敏感参数,研究发现组分材料的杨氏模量、热膨胀系数、铝层厚度和温度差对层板固化后的形状都具有显著的影响。考虑到FML构件在实际应用中多为复杂的曲面结构,提出了一种预测带有初始曲率的FML平衡构型的理论模型。该模型同时兼顾了界面的滑移效应,采用6阶面外位移函数多项式描述层板的初始和最终形状,通过Rayleigh-Ritz法求解固化变形后的形函数系数。带有初始曲率的FML固化后具有相对复杂的变形模式,通过分析层板固化后的受力情况以及势能和势能壁垒的变化趋势,从应力和应变能的角度分析了带有初始曲率的FML固化变形机制。此外,经过理论计算给出了典型试件在中心点和边界点处沿厚度方向的残余应力分布情况。最后,利用建立的理论和有限元预报模型分析了层板尺寸、铺层方式和初始曲率半径对FML曲板结构固化稳定构型的影响规律。本文结合实际工程问题,以某型号飞机机翼前缘构件为研究对象,采用考虑滑移效应的有限元模型预报了前缘构件固化后的平衡构型。利用滚弯工艺制造了前缘构件的成型模具,采用热压罐固化工艺制备了具有两种不同铺层方式[Al/0/90/Al]和[Al/90/0/Al]的机翼前缘构件,并利用三维激光扫描仪对其室温下的平衡构型进行测量,实验测量结果与有限元模拟结果吻合较好。根据有限元模型对前缘构件固化变形的模拟结果,利用基于节点变形的型面补偿算法,对前缘构件的模具型面进行反变形补偿设计,并归纳总结了模具型面设计的方法流程。通过对成型模具的型面进行补偿研究,有效地控制了构件在固化变形后尺寸和形状的制备精度,实现了消除或减小构件固化变形量的目标。