基于不同的理论模型,本文研究了湿热效应对碳纳米管复合材料界面应力传递机制的影响.研究工作分为两部分: (1)基于连续介质力学的传统纤维拉拔力学模型和改进的剪滞力学模型,全面研究了环境温度变化,湿度变化,基体的塑性特征,碳纳米管的体积比,管层数目对碳纳米管复合材料界面应力传递机制的影响.考虑碳纳米管的弹性模量为温度、湿度变化的线性函数,热膨胀系数分别为常量和温度变化的非线性函数,弹性基体的杨氏模量为温度与湿度变化的线性函数,研究了湿热效应对碳纳米管弹性基体复合材料界面应力传递机制的影响.数值计算表明热效应所引起碳纳米管与基体间热膨胀系数的不匹配是影响界面应力传递特性的主导因素.此外,利用摩擦系数与拉拔速度相关的扩展库伦摩擦定律,研究了湿热效应、拉拨速率、碳纳米管管层数目等因素对初始摩擦拉拔作用力的影响. 其次,基于改进的剪滞力学模型,研究了热载荷作用下碳纳米管塑性基体复合材料界面弹塑性应力传递机制.着重分析了屈服应变前后,基体应变和外载荷作用形式对碳纳米管轴向应力和界面剪切应力的影响.数值计算表明环境温度变化、基体的塑性特征、外载荷形式等对界面弹塑性应力传递有重要的影响. (2)基于分子结构力学理论,首次建立了热载荷作用下碳纳米管和碳纳米管弹性基体复合材料的分子结构力学模型.在此基础上,研究了环境温度变化对碳纳米管弹性特征的影响,并数值模拟了碳纳米管的几何尺寸、手性矢量、基体的弹性特征及层间范德华力等因素对碳纳米管弹性基体复合材料界面应力传递机制的影响.基于分子结构力学理论,碳-碳化学键和层间范德华力分别等效为欧拉梁和非线性弹簧,首次建立了热载荷作用下碳纳米管的分子结构力学模型.利用离子间线性PauIi排斥作用原理,量化了碳-碳键键长与分子力学常数的关系;同时,基于Tersoff-Brenner作用势和Helmholtz Free Energy自由能最小原理,计算了有限温度下碳原子在热振动平衡位置的碳.碳键键长,获得了不同环境温度下的分子力学常数.在此基础上,得到了数值模拟所需要的不同温度下分子力学常数与欧拉梁单元截面刚度系数的关系.在拉伸载荷作用下,进一步分析了环境温度变化对碳纳米管弹性特征的影响. 再者,基于分子结构力学方法和线性多点约束方程,建立了碳纳米管弹性基体复合材料的分子结构力学模型,并验证了该模型的有效性.进一步地,研究了碳纳米管的几何尺寸、手性矢量及基体弹性特征对单壁碳纳米管复合材料界面剪切应力与基体轴向应力分布的影响.此外,通过分析拉拔载荷不同的作用形式,定量地研究了层间范德华力的载荷传递效率,并获得一些有意义的结论.另外,考虑碳纳米管的热膨胀系数分别为常量及温度变化的非线性函数,模拟了热效应对单壁及多壁碳纳米管复合材料界面应力传递机制的影响.研究表明热残余应力的存在增加了碳纳米管与基体接触面积,有利于发挥界面微观力学自锁等非化学键作用. 本文揭示了环境因素对碳纳米管复合材料界面应力传递机制的影响,首次发表了热膨胀系数的不匹配是影响界面应力传递机制的主要因素等结论.本文研究结论可为纳米复合材料结构的设计提供有意义的理论依据,并为涉及到有限温度的纳米器件工程应用提供有价值的参考及建议.