自动铺放原位成型技术可以实现热塑性复合材料自动铺放与原位固结的同步工艺过程,可显著提高生产效率,降低制造成本,已成为航空航天领域的研究热点。由于成型过程中复合材料不断经历加热、熔融、加压、冷却和固结等步骤,会在材料内部产生复杂的温度梯度和应力梯度,进而引起构件的残余应力和变形,影响构件的几何精度与力学性能。本文针对上述问题,基于原位成型技术的工艺特点,提出了一种能够模拟热塑性复合材料自动铺放原位成型过程的仿真模型,对构件成型过程中的温度场、应力场和回弹变形进行了深入分析。本文主要研究内容如下:首先,建立了热气加热下的二维温度场瞬态传热模型,通过确立边界条件和强制对流系数,提出了碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）预浸料原位成型过程的二维温度场有限元模型,分析了成型过程中铺层温度场的分布规律以及热气温度、铺放速度、模具初始温度对铺层温度场的影响。利用实验室自主搭建的热塑性复合材料铺放平台进行单向板的铺放实验,通过构建温度场测量系统,验证了有限元仿真模型的正确性。结果表明,适当提高模具初始温度和铺放速度,并降低热气温度,可改善首层粘接熔融效果,提高铺放效率。其次,基于完全热-力耦合模型模拟了复合材料成型过程中的应力分布及残余应力,得到了铺层应力分布规律,并讨论了热气温度、铺放速度、铺放压力、模具材质等因素对构件残余应力的影响。结果表明,残余应力随热气温度的降低和铺放速度的升高而减小,铺放压力几乎不影响残余应力,使用热膨胀系数较小的INVAR钢模具可有效减少残余应力。进一步,从微观、宏观和总体三个层次分析了热塑性复合材料构件残余应力的产生机理。最后,基于复合材料原位成型技术的工艺特点,开发了ABAQUS用户子程序实现移动热源和压力协同仿真,对角形复合材料构件原位成型过程进行有限元模拟,并通过与脱模后的复合材料构件回弹变形测量对比,验证了有限元模型的有效性。进而,研究了成型工艺参数、构件厚度和模具材质等因素对构件回弹变形的影响。从复合材料各向异性热膨胀效应和成型过程中模具作用两方面阐述了复合材料构件回弹变形的本质原因。基于所提出的有限元仿真方法,预测了复合材料点阵结构的回弹变形。本文的研究成果将为原位成型下热塑性复合材料构件的成型温度、应力与回弹变形调控提供理论指导。