大型客机的研发及制造,对轻质、高强的先进复合材料具有迫切的应用需求。Glare层板(Glass Reinforced Aluminum laminates)因其优良的疲劳性能及高的损伤容限,减重效果突出,是大型飞机机身、机翼蒙皮结构的重要选材。然而,Glare层板的失效机制复杂,成形难度高;且因刚度低的问题限制了该材料的应用。本文采用损伤容限能力优异的新型铝锂合金替代传统Glare层板所用的2024-T3铝合金作为金属基板,研制了新型玻璃纤维-铝锂合金超混杂复合层板(NFMLs),以提高材料刚度。同时,开展NFMLs的胶黏剂含量优化、力学性能及喷丸成形研究,以揭示其失效机制,获得理想的成形方法,为NFMLs在大型飞机上的应用提供重要的理论依据和工程指导。首先,通过新型铝锂合金基板制备及强韧化研究,成功获得了性能优异的0.3mm厚T3态合金基板;其次,开展了NFMLs的制备工艺研究,重点探究了其制备技术中最核心的胶含量优化问题;随后,本文验证了铝锂合金在NFMLs中的强化作用,并探明了高低温试验环境、湿热老化环境及热疲劳环境对NFMLs力学性能的影响;最后,在探索NFMLs机翼前缘典型构件自成形特性的基础上,重点开展了其喷丸成形性能研究,揭示了NFMLs喷丸成形的特点及规律。得出的主要结论如下:1)通过“退火-轧制-退火-固溶-淬火-时效强化”的处理工艺,获得满足NFMLs制备要求的0.3mm厚T3态铝锂合金基板;随后,开展其单级时效、预变形+时效强韧化研究。研究结果表明,所成功制备的合金基板以大量弥散细小的δ’为强化相,抗拉强度及模量分别可达479.12MPa和82.50GPa,性能显著优于传统Glare层板所用的2024-T3铝合金。T3态铝锂合金基板具有快速的时效响应,所析出的T1相主导了合金的强化过程;细小的T1相(直径小于100nm)均匀密集析出,是实现该材料强化并兼顾其塑性、韧性的关键。预变形行为引入的大量位错显著提高了第二相的形核率,可增大析出相数量并控制其尺寸生长;5%以内的预变形利于铝锂合金的强韧化。2)开展了NFMLs的制备工艺研究,并改变胶黏剂含量分别为0g/m2、20g/m2、40g/m2和60g/m2,重点探讨了胶含量对NFMLs力学性能及失效行为的影响。结果表明,经过制备和铣切加工的NFMLs,无显著内部缺陷。胶含量增大导致NFMLs增厚的同时也显著提高了其界面结合强度,二者共同作用导致材料的力学性能及失效行为的变化。由于NFMLs在疲劳载荷下对胶层增厚而引起的应力变化更为敏感,且胶层的低刚度和高韧性在其增厚过程中降低了纤维桥接效力,并加速了玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层(下称纤维层)的分层扩展,导致NFMLs疲劳性能快速恶化。层板在胶含量为40g/m2时可获得最优的综合性能匹配。3)在NFMLs的力学性能研究中,首先探索了铝锂合金在NFMLs中的增强作用;其次,研究了-55℃~120℃范围内环境温度对层板性能的影响;以及NFML分别经过70℃/85%RH湿热老化与-65℃~135℃热疲劳处理后的性能特征。研究结果表明,铝锂合金在NFMLs固化过程中,已萌生直径<25nm的T1相并导致时效强化现象;较传统Glare层板,铝锂合金的引入使NFMLs的刚度提高8%~12%,抗疲劳扩展能力显著增强。NFMLs在-55℃~70℃范围内具有优异的高低温性能,120℃时性能明显恶化。同时,湿热老化处理引起NFMLs的性能下降;但经过70℃/85%RH,3000h处理后,NFMLs依然表现出优异的综合性能。此外,经过-65℃~135℃,1000次热疲劳后,NFMLs未因残余应力的作用而导致力学性能的下降;相反,因铝锂合金的时效强化行为,NFMLs经过热疲劳后的静强度提高。经过热疲劳过程反复的“开启-终止”循环相变后,T1相在保持尺寸均匀、细小的情况下,大量密集析出,获得了较传统人工时效更为理想的强韧化效果。4)选取机翼前缘典型件,研究了NFMLs大曲率构件的自成形特征。研究发现,采用自成形工艺可实现NFMLs机翼前缘等大曲率构件的成形,且贴模度高,厚度均匀性好,无显著分层缺陷,成形过程未形成较大的残余应力,但其成形后放置一周内即发生显著的“张开”式回弹现象。5)通过喷丸工艺的选择及优化、喷丸变形特性分析及喷丸对层板性能的影响研究三个试验,揭示了NFMLs的喷丸成形性能。研究结果表明,NFMLs具备喷丸成形的可行性,采用小尺寸(直径≤0.425mm)陶瓷丸可实现较好的成形效果,弹丸尺寸过大或喷丸强度过高会导致喷丸面附近的纤维层断裂及金属层/纤维层界面的分层失效;选取AZB425弹丸并采用0.193A的喷丸强度,可使3/2结构正交层板的成形曲率半径降低至165.24mm。在变形特性方面,NFMLs的变形更易于在垂直于纤维方向产生,仅喷丸面的金属层发生塑性变形,其它各层发生弹性变形;其变形特征随喷丸强度及覆盖率的影响规律与金属材料一致;喷丸显著改变了NFMLs各层的残余应力状态,且在无外力或温度场作用下,其应力松弛行为缓慢。喷丸因铝锂合金层的加工硬化现象对NFMLs的静强度具有一定的改善作用;并通过引入的残余应力场,降低了铝锂合金层的应力强度幅值,使纤维层的分层扩展速率降低,并导致裂纹闭合效应的产生,显著改善了NFMLs的疲劳性能。