纤维增强复合材料具有良好的吸能特性,可以用于制备缓冲吸能结构,改善航空器的适坠性。复合材料的吸能机理,冲击后的力学行为和失效模式与金属材料有显著的不同,因此深入地了解复合材料结构的能量吸收以及能量耗散机理并合理地运用其特性,是复合材料机身结构设计和验证的前提。本文具体研究内容如下:设计并制备三种不同纤维铺层方式的复合材料波纹梁,试验件的纤维铺层方式分别为[0/90]_4s、[0/45/-45/0]_2s以及[45/-45]_4s。针对三种复合材料波纹梁试验件开展准静态轴向压缩试验。试验后对不同纤维铺层角度的复合材料波纹梁吸能机理以及失效形貌进行详细的探究。试验结果表明,[0/45/-45/0]_2s铺层的试验件在轴向压缩试验中试验件破碎程度较高,能量吸收较为充分。针对MAT54号材料模型的材料本构模型以及Chang-Chang失效准则进行研究。建立材料模型的参数化研究模型,输出应力-应变曲线。接下来对材料模型进行参数化分析,识别出影响单元失效以及单元删除的参数。在材料模型参数化研究的基础上,对材料模型中的部分参数进行反演,建立了复合材料波纹梁单层壳轴压模型。由于单层壳模型无法模拟出分层损伤的失效形貌,又针对多层壳建模方法开展研究。复合材料波纹梁多层壳有限元模型使用梁单元作为层间单元,薄弱环节由高度依次递减的壳单元构成。最后基于复合材料波纹梁轴压试验结果,验证复合材料波纹梁多层壳模型的有效性。针对复合材料波纹梁的薄弱环节形式以及铺层角度进行优化设计。首先使用经过验证的复合材料波纹梁多层壳模型建立含不同倒角角度薄弱环节以及不同构型薄弱环节的模型,识别不同薄弱环节构型对结构吸能特性的影响。研究表明含45^o倒角的复合材料波纹梁模型初始峰值载荷较低,吸能特性较好。其次,本章介绍了优化设计模型以及优化设计相关理论,采用响应面代理模型和二次序列优化算法对特定铺层方式的复合材料波纹梁的纤维铺层角度进行优化设计。最后验证了优化结果的有效性。本文针对复合材料波纹梁试验件,采取试验与仿真相结合的研究方法,深入探究轴向压缩载荷下复合材料波纹梁的吸能机理与吸能特性。并基于Chang-Chang失效准则建立了有效的复合材料波纹梁轴向压缩多层壳模型。本课题可以为我国民机设计与适航验证中复合材料机身结构坠撞分析提供参考,具有一定的实际工程意义。