纤维增强复合材料作为一种具有高比强度和高比刚度性能的先进材料,在二十一世纪得到了大力发展和广泛应用,特别是在航空航天、风力发电、汽车轻量化、建筑加固等一些领域,碳纤维复合材料的使用率更是不断上升,成为部分金属部件的良好替代品。但是,在一些复杂工况下这种纤维复合材料依然会面临一些疲劳失效和结构破坏的问题,这制约了纤维材料的推广应用。因此,对纤维增强复合材料的疲劳损伤特性、疲劳性能展开研究有助于加深对这种材料性能的了解,扩展材料的性能优势。另外,对复合材料的疲劳寿命预测工作展开研究有助于建立复合材料结构的疲劳寿命预报系统,从而避免一些意外造成的财产和人身损失。本文以碳纤维作为增强材料、环氧树脂作为基体的复合材料作为研究对象,对复合材料的疲劳失效特征和疲劳性能,以及疲劳寿命预测展开研究,具体的工作及其结果有以下几个方面:（1）本文首先进行了碳纤维增强环氧树脂基复合材料的准静态拉伸实验及拉-拉疲劳实验,测试了材料的拉伸强度及材料在不同的载荷水平下的疲劳寿命,并对试样的疲劳失效形貌进行分析,获得了材料的疲劳损伤特性,发现随循环周次的增加材料的主要损伤形式和损伤发展速度各有不同,总体呈现三阶段性变化的形势。（2）基于拉伸实验及拉-拉疲劳实验获得的测试结果,确定了材料的疲劳损伤判断准则、疲劳剩余强度和剩余刚度模型以及疲劳寿命模型、材料性能突降方法。利用ABAQUS的UMAT子程序功能,开展了复合材料疲劳仿真工作,模拟了疲劳损伤的产生和扩展过程,以及强度、刚度的退化过程,并预测了材料的疲劳寿命,通过与实验结果进行对比验证了预测方法的可靠性。（3）使用微米氧化铝陶瓷粉颗粒和多壁碳纳米管对环氧树脂基体进行改性,测试了使用不同基体制备的复合材料的准静态拉伸强度和拉-拉疲劳寿命。结果表明,使用微米氧化铝陶瓷粉改性后的材料拉伸强度比未改性的材料高,但其疲劳性能不如未改性的复合材料。显微图像表明,这是因为氧化铝颗粒与基体和纤维的结合力较差,并且分散的颗粒会削弱基体承载能力,加快基体与纤维界面的脱粘及裂纹的扩展进程。而使用多壁碳纳米管改性的材料表现则不同,尽管改性后的材料拉伸强度有所下降,在高载荷水平下材料更快失效,但是在较低的载荷水平下改性材料的疲劳性能则明显优于未改性的材料。通过对比二者的失效形貌可知,多壁碳纳米管改性的基体和纤维的结合力较强,这延缓了界面裂纹的产生及扩展,同时多壁碳纳米管较大的比表面积能够阻碍微裂纹的连接和发展,也能够消耗掉部分能量,降低裂纹前沿应力场的能量,从而使材料最终失效的节点推迟,提高了材料寿命。