复合材料具有强度高、可设计性好、耐腐蚀、降低维护成本等优良特性,在航空、航天以及军事领域得到了广泛应用。由于在工程应用中受到技术水平的限制或者结构设计的需要,例如拆装方便和维护方便,复合材料结构的设计中必须安排一定数量的连接。复合材料连接在长期贮存件下,受残余应力、吸湿以及预紧力衰减等因素影响,其力学性能不断下退化。连接往往是结构的薄弱环节,因此,建立和发展湿热环境下复合材料连接性能的预报和分析方法,研究其性能演变规律,对提高复合材料结构设计水平和安全评价具有重要意义。本文以典型的T300/AG80复合材料机械连接为研究对象,研究了复合材料热残余应力预报方法,应力-吸湿耦合模型,以及基于粘弹性理论的复合材料连接预紧力衰减预报模型,分析了温度、湿度和预紧力衰减等因素对复合材料连接性能的影响。具体工作如下:建立了考虑了泊松效应的复合材料单胞模型,计算了单胞的纤维和基体材料热应力分布,给出了复合材料等效热胀系数的理论预报方法。采用材料膨胀系数测试仪,测量了T300/AG80复合材料的热胀系数,热膨胀系数的理论预报和试验结果比较误差小于9%。结合等效热膨胀系数预报方法,建立了复合材料热残余应力以及变形预报模型,同时进行了有限元分析。试验测量了复合材料层板的热变形,对比试验、有限元模拟和理论预报结果,三者的复合材料温度-变形曲线吻合良好。在Fick第二定律的基础上,建立了复合材料等效扩散时间模型,推导了三维应力状态下基体材料应力与扩散系数的耦合关系方程,并进一步建立了考虑应力-吸湿耦合关系的复合材料层板吸湿模型。与其它模型相比,该模型可以准确的预报复合材料吸湿过程中,吸湿率与时间关系曲线出现的异常行为。采用ASTMD5229标准,进行了复合材料吸湿试验研究,与试验结果比较表明,应力-吸湿耦合模型预报的吸湿率与试验结果吻合良好。基于应力-吸湿耦合模型,计算了复合材料层板厚度方向的应力分布情况,采用有限元方法分析了复合材料厚度方向的吸湿率和应力分布,与理论预报结果吻合很好。采用Tsai和詹世茂的复合材料湿热老化模型,研究了吸湿对复合材料刚度和强度的影响。结果表明:湿热环境对复合材料纵向拉伸强度和弹性模量影响不大,对纵向压缩强度有一定的影响,对复合材料横向弹性模量和横向强度以及剪切模量和剪切强度影响较大。采用伯格斯模型描述基体材料受压状态下的本构关系,结合螺栓、垫圈和复合材料连接件之间的变形协调条件,建立了复合材料连接预紧力衰减的细观预报模型。与其他的数据外推模型相比,该模型中的参数物理意义明确,更适合用来研究复合材料连接的预紧力衰减机理。给出了一种复合材料连接预紧力在线监测方法,并依据该方法进行了复合材料连接的预紧力衰减试验研究。研究表明理论模型预报的衰减系数曲线与试验结果吻合较好。理论模型和试验结果表明:达到5倍的基体材料松弛时间以后,复合材料粘弹性对连接预紧力衰减的影响可以忽略,连接的预紧力衰减主要由基体材料的塑性引起。最后,利用预紧力预报模型,分析了基体材料的弹性模量和体积份数、螺栓的弹性模量、螺栓和垫圈尺寸以及应力分布等对复合材料机械连接预紧力衰减的影响规律。将应力-吸湿耦合模型与预紧力预报模型与有限元分析结合,研究了只有吸湿效应影响以及吸湿和预紧力衰减共同影响的复合材料连接力学行为。同时,进行了仅有吸湿影响以及吸湿和预紧力衰减共同影响下的系列试验研究,试验获得了不同条件下的结构强度和破坏模式。T300/AG80复合材料机械连接在单轴拉伸作用下的破坏形式主要表现为螺孔处的拉伸破坏,试验结果也表明了吸湿和预紧力衰减等因素一定程度上降低了复合材料连接的承载能力。数值模拟得到的复合材料机械连接破坏形式为:细观上表现为0度层的纤维断裂和90度层的基体开裂;宏观上的表现形式为螺孔处的拉伸破坏,这与试验结果一致。同时,有限元模拟得到的荷载-位移曲线与试验结果基本一致。