随着复合材料在汽车工业生产中尤其是车身覆盖件上的应用越来越广泛,对如何提高复合材料结构性能的研究也越来越深入,研究方向也越来越全面。近年来,自动铺丝技术成为纤维复合材料制备的主流技术之一,自动铺丝设备的功能也日趋完善,针对复合材料的研究不再满足于传统直线纤维铺层方式下的复合材料层合结构,开始针对纤维丝束变角度铺覆对复合材料层合板各项力学特性的影响进行深入研究和探讨。纤维复合材料层合板结构的力学性能与基体性能和纤维角度密切相关,纤维角度的变化会为复合材料层合板的刚性带来影响,因此把变角度纤维铺层方式制备的层合板称为复合材料变刚度层合板。本文主要针对变刚度层合板曲线纤维铺层规律、力学性能及其纤维角度优化展开研究。本文首先对变刚度层合板的定义进行了详细说明,综合对变刚度层合板力学性能、纤维角度优化的国内外研究现状,分析了目前的研究中所存在的一些问题,明确了本文的主要研究内容。本文的主要研究内容包括,对纤维角度变化规律的研究,确定将线性函数作为变角度纤维的参考路径,阐述了平移法和平行法的定义和特点,并对比了两种铺层方法的优劣,选取了平移法作为变刚度层合板的铺层方法。然后采用数值模拟方法对变刚度层合板进行力学性能研究,基于变刚度层合板有限元建模软件的缺乏这一现状,本文基于Hyper Mesh/Opti Struct平台,使用tcl/tk语言对变刚度层合板有限元建模工具“VS Laminate Define Tool”和优化工具“VS Laminate Optimization Tool”进行了二次开发,开发完成后通过算例验证了两种工具的准确性与可靠性。使用变刚度层合板有限元建模工具“VS Laminate Define Tool”对平面静力作用下的变刚度层合板进行了有限元建模及求解,对仿真结果中的变形与应力分布进行了分析,得到了纤维角度与旋转角度两个因素对变形和应力分布区域的影响,而且得出纤维曲线越密集的区域,应力越小的结论。然后对变刚度层合板与直线纤维层合板的屈曲性能进行了对比分析,变刚度层合板的一阶屈曲载荷明显大于直线纤维层合板,且相同纤维角度下,旋转角为90°的变刚度层合板一阶屈曲载荷大于旋转角为0°的变刚度层合板,变刚度层合板对抵抗弹性变形具有更加优异的性能。对压缩载荷作用下的直线纤维层合板与变刚度层合板的最大失效指数进行了对比,[0±<15|60>]2s和[90±<15|60>]2s两种变刚度层合板失效载荷比[0/90/±45]s直线纤维层合板提高了12.68%。最后使用变刚度层合板优化工具“VS Laminate Define Tool”对1、2、4三种铺层数量的变刚度层合板分别进行了优化设计,得到拉伸载荷作用下的三种不同铺层数量的变刚度层合板的最优纤维铺放初始角度和终止角度,即纤维角度函数的两个控制参数。