复合材料层合结构由于具有高强度、耐疲劳和可设计性等特点在航空航天、海洋、和汽车等诸多工程领域都有着广泛的应用。但是,由于沿厚度方向的非均质和各向异性,复合材料层合结构的力学性质相比于传统单层结构更加复杂,而且复合材料层合结构的胶接处剪切强度较弱,容易发生层间损伤和脱层破坏。层间横向剪切应力是复合材料层合结构初始脱层破坏的关键因素之一,因此,对于复合材料层合结构的精确建模,以及实现对于应力场尤其是横向剪切应力场沿厚度方向分布的准确预测具有重要意义。本文针对复合材料层合结构的力学分析,发展了几种C0型整体-局部高阶理论,并基于这些理论建立了几种层合板单元用于数值分析层合板以及软核夹层板的静力弯曲、湿热、屈曲和自由振动等问题。具体的工作概括为:1.本文发展一种能够准确分析多层复合材料层合梁热应力问题的C~0型三阶整体-局部理论(MGLTC),其横向位移场中引入了横法向热变形。尽管引入了横法向变形,但没有增加额外的位移变量。同时,运用三维平衡方程和Reissner混合变分原理推导给出具有高精度的横向剪切应力的计算方法。应用该理论分析了不同热力载荷作用下的多层复合材料层合梁,并给出了几个简支层合梁的级数解,充分验证了理论MGLTC的精度。结果表明:该理论不需要使用任何的后处理方法就能准确的计算层间剪切应力。2.本文基于Reissner变分原理发展一种可用于正交铺设复合材料多层层合板静力分析的C0型三阶整体-局部理论(MGLHT)。该理论突出的优势是不需要使用任何的后处理方法,就能够准确计算层合板的层间应力,并且横向剪切应力场表达式中不包含面内位移的二阶导数,特别适合构造低阶线性板单元。通过分析复合材料层合板的静力弯曲问题,MGLHT的精度以及基于此理论构造的三节点三角形单元的有效性得到充分的验证。3.本文建立了适用于分析任意角铺设复合材料层合板的C0型五阶整体-局部理论(IGLM),其初始面内位移场是由五阶整体位移函数和三阶局部位移函数组成,横向位移沿厚度方向展开到一阶。利用横向剪切应力自由表面条件消去了横向位移的一阶导数,便于构造C0型板单元。为验证数值方法的精度和有效性,基于此理论构造了八节点四边形等参元,分析了角铺设层合板的静力弯曲问题以及湿热环境对层合板变形和应力的影响。4.本文建立一种新的C0型三阶整体-局部理论(MZZT),此理论的位移场是由一阶剪切变形理论和三阶局部函数构成,该局部位移函数沿厚度方向成锯齿状分布且依赖于每层的材料属性,更适用于分析软核夹层板。同样,基于三维平衡方程和Reissner混合变分原理推导给出具有高精度的横向剪切应力的计算方法,并且横向剪切应力表达式中不包含面内位移的二阶导数,便于构造低阶线性板单元。基于该理论分别构造了用于分析软核夹层板静力弯曲和屈曲问题的四边形四节点单元,以及用于分析软核夹层板自由振动问题的三角形三节点单元。数值算例结果不仅充分验证了MZZT的精度,而且也表明层间横向剪切应力的计算精度对预测软核夹层板的临界载荷和变厚度层合板的固有频率有着重要的影响。