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随着近海边际油田、深水油田的不断开发，海洋油气管道、钻采平台的数量逐年增多，这些海洋钢结构在自然环境载荷以及设计不尽合理等其它人为因素影响下的损伤不可避免，具体表现为疲劳裂纹、凹痕、金属损失缺陷等形式。钢结构的水下损伤修复技术也因此而成为当今海洋石油工程领域不可或缺的安全保障配套技术。目前常规的水下电弧熔焊技术无法满足深水钢结构焊接维修需要，摩擦叠焊正是在这种技术背景下应运而生。摩擦叠焊的单元成形过程为摩擦液柱成形(FHPP)，一系列沿着预定轨迹在给定间距内相互搭接的FHPP便构成了摩擦叠焊。 本文对2024铝合金、Q235-BZ钢的连接机理进行了实验研究，重点分析了转速与保护气等因素对FHPP单元成形质量的影响，并通过显微硬度、金相等手段研究了其微观性能的变化。在Gambit中建立FHPP的二维轴对称模型，应用商业计算流体动力学(CFD)软件Fluent对稳态阶段金属塑性变形情况进行数值模拟，获得了塑性金属速度场、压力场等物理参量场在不同条件下的变化规律。 本文的最大创新点在于：在国内首次采用实验、CFD数值模拟相结合的手段对摩擦叠焊的成形机理和连接特性进行了研究，尤其是采用Fluent软件对FHPP成形机理的研究从理论上填补了FHPP成形过程中塑性金属流动机理的空白，对今后摩擦叠焊的实验和理论研究提供了一定的指导作用。