纤维增强热塑性复合材料具有比强度大、抗冲击、韧度好、可回收利用等优点,在航空航天、汽车、医疗等领域得到了大量应用。近年来,热塑性复合材料的市场份额逐渐上升,已接近整体复合材料市场的50%。聚醚醚酮(PEEK)热变形温度较高,且具有优异的力学性能,在航天强国的飞行器结构设计中已经开始被应用于承力构件的设计中,本文主要针对PEEK热塑性复合材料构件开展材料-结构-制造一体化设计研究。首先采用热压成型技术制备纯PEEK材料,讨论成型温度、时间和压力等关键工艺参数对热压成型PEEK材料力学性能的影响,确定了PEEK材料热压制备的合理工艺。进而,使用一次模压成型工艺制备具有较高力学性能的缎纹编织碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料构件,实验结果表明缎纹编织CF/PEEK复合材料在其拉伸和压缩的强度和刚度表现出差异性,拉伸相对压缩性能更强。基于实验结果修正了CF/PEEK复合材料等效宏观弹性模量。针对L型、T型、?型等3种桁条截面形式,采用高效的自适应加点代理模型优化方法,分别对3种桁条进行蒙皮桁条筒壳的非线性屈曲优化设计,三种桁条筒壳的承载力顺序为:?型桁条>T型桁条>L型桁条。此外,利用一次热压成型工艺制备具有优化构型的热塑性复合材料桁条并检测成型质量。联合使用实验和数值模拟方法,研究复合材料桁条的抗弯性能。结果表明:弯曲试验和模拟过程中的载荷-位移规律较为一致,均呈现出典型的双线性模式,桁条弯曲最大载荷实验和模拟接近。最后,开展典型热塑性复合材料桁条-金属蒙皮筒壳承载力轴压试验和数值模拟研究,试验和模拟的轴向载荷-位移曲线开始大致都呈现线性增加后成刚度逐渐变小,且筒壳失效模式一致。数值模拟得到典型蒙皮桁条筒壳承载力(874.8KN)与试验结果(809.8KN)误差为8%,满足工程设计需要。验证了本文提出的材料-结构-制造一体化设计的合理性。本文研究了热塑性复合材料构件的材料-结构-制造一体化设计方法,并验证了新型热塑性复合材料在航空航天装备承力部段应用的可行性,为下一代热塑性复合材料航天承力构件设计提供技术支撑。