碳纤维复合材料（CFRP）具有优异的机械性能且其密度较轻,被广泛的应用于航空航天材料领域。但碳纤维复合材料的电导率与金属相差较大,遭遇雷击时将会产生较高的温度使材料严重损伤,因此研究碳纤维复合材料雷击损伤机制对于飞行器雷电防护具有重要的意义。目前国内外学者已对电弧和焦耳热对复合材料雷击损伤的影响开展了大量的试验与仿真研究,但缺乏气体冲击等力学因素对材料损伤影响的研究工作。雷击碳纤维复合材料是一个多物理场耦合的过程,且复合材料的铺层角度较为复杂,研究其雷击损伤机制需要进行解耦分析。紧固件通常用于飞机的机械连接,含紧固件碳纤维复合材料因其结构较为复杂,因此对于其雷击损伤的研究成为一个难点问题。本文针对碳纤维复合材料的雷击损伤机制和预测模型具体进行了如下的研究工作:（1）搭建了雷击碳纤维复合材料的试验和观测平台:设计和搭建了20 k A冲击电流发生器系统,用于开展小电流下碳纤维环氧树脂浇注材料的雷电冲击和温升试验。搭建了100 k A冲击电流发生器系统,用于开展碳纤维复合材料的雷击损伤和火花放电的研究。（2）制备了不同碳纤维质量分数的环氧树脂复合浇注样件,研究碳纤维数量对雷击损伤的影响。试验结果表明浇注材料的雷击损伤程度随碳纤维束的数量成正比,焦耳热是造成浇注材料雷击损伤的重要影响因素。（3）开展了碳纤维复合材料雷击损伤试验及电热耦合仿真分析。试验结果表明含紧固件的碳纤维复合材料雷击时出现细丝状的明亮电弧,不含紧固件的碳纤维复合材料雷击时出现了持续燃烧的现象。仿真结果表明:当雷电流幅值为39k A时,不含紧固件碳纤维复合材料雷击产生的温度可以达到3000℃以上,电场强度幅值可以达到20 k V/mm,电势的幅值可以达到5 k V。相同条件下含紧固件碳纤维复合材料的温度、电场强度幅值和电势的幅值低于不含紧固件的材料。（4）通过建立气体膨胀对复合材料雷击损伤的有限元仿真模型,研究表明高能时气体膨胀是造成复合材料雷击损伤的主要因素。建立了计及气体膨胀影响的电-热-力耦合预测模型,模型可以准确的预测碳纤维的雷击损伤面积。当焦耳热为2.173 k J和4.245 k J时,复合模型最大误差为12.5%。