近年来,随着复合材料的开发,复合材料的力学性能不断提高、生产成本随之降低、材料性能成熟稳定,已广泛应用于钢结构的修复和加固中。碳纤维-钢复合结构作为胶接结构因其简单的制作工艺,具备了不易产生变形、接头应力分布均匀等诸多力学优点,使其被广泛应用于汽车、土木工程等领域,其中粘接层性能将直接影响碳纤维-钢复合结构的增强效果,因此如何提升粘结性能是学者们的研究重点。针对该问题,本文采用了表面刻槽和喷砂的钢表面粗糙化措施,并基于短纤维的桥联增强机理,使用芳纶短切纤维、多壁碳纳米管(MWCNT)纤维对粘接界面进行增强,利用双悬臂梁(DCB)试验和有限元仿真分析开展了增强机理研究。主要研究内容如下:(1)针对刻槽处理后的钢基底粘接界面,通过加入芳纶短切纤维对粘结层进行加强,与树脂混合固化剂粘接层相比,芳纶纤维薄膜增强后的粘接层极值载荷及临界能量释放率分别提高2.2%、2.4%,由于刻槽钢板表面及槽内粗糙度较小,I型断裂总发生于钢板与粘结层的界面处,芳纶纤维仅加强了树脂粘结层和树脂与碳纤维界面层;(2)为提高钢板与粘结层的界面粘结强度,使用喷砂技术对钢板表面进行处理,提高了钢板表面粗糙度,并使用多壁碳纳米管(MWCNT)纤维预处理技术,通过纳米短纤维有效加固树脂粘结层,经过预处理涂层后,粘接层的极值载荷及临界能量释放率相比刻槽表面分别提高22%、23%,I型断裂主要为粘结层的层间失效,同时MWCNT增韧效果明显,对不同界面的增韧机理进行了断面分析;(3)由于多壁碳纳米管极易发生聚团现象,不同浓度的MWCNT会对喷砂界面粘接层强度的产生不同的影响,针对该情况,文中研究了三种浓度的MWCNT预处理溶液对粘接层的影响,结果表明,在0.3wt%、0.6wt%、1wt%三种浓度中,MWCNT浓度越高,能够嵌入喷砂钢板表面和粘结层中的碳纳米管数量越多,界面强度和层间强度提高越显著;(4)基于双悬臂梁(DCB)试验测试结果,获得必要仿真参数,利用ABAQUS有限元软件对不同粘结界面进行仿真模拟,得到不同粘结界面的载荷位移曲线,并与试验结果进行比较,验证仿真模型的有效性。