碳纤维增强树脂基复合材料因其出色的性能,高比强度、高比刚度、抗疲劳性能以及耐腐蚀性,越来越广泛地应用于航空航天、体育休闲用品制造、能源、汽车及其他工业部门中。复合材料的结构静强度破坏与疲劳失效问题,是为设计师最为关心的。因此,对于其损伤、失效过程的机理则需要细致的研究。为了将碳纤维复合材料结构的优越性尽可能开发,精确掌握和预测它们在静态载荷、疲劳载荷的力学行为成为首要课题,本文对这一过程展开了探索与分析。（1）分析碳纤维复合材料结构在静强度破坏研究中,基于唯像学和基于物理机制的失效准则及数值仿真模拟方法的应用情况;在常幅/随机疲劳损伤至失效这一过程中,试验与数值仿真的发展情况。（2）采用流动节点法这一数值仿真模拟方法,结合就地强度效应理论修正了Pinho准则,建立了碳纤维增强开孔层合板在静拉伸载荷作用下的渐进损伤破坏模型。（3）根据碳纤维增强复合材料静态失效特点,使用基于物理机制的Hashin失效准则,结合剩余强度模型、剩余刚度模型,建立了常幅载荷作用下复合材料结构渐进损伤过程与疲劳寿命预测模型。（4）针对碳纤维复合材料结构在随机载荷作用下力学行为复杂,寿命预测较为困难这一问题,推导了基于时域与频域方法的剩余强度的演化规律,以及寿命的失效概率公式,建立了复合材料结构在随机载荷作用下的疲劳寿命预测模型。全文的主要工作和研究成果如下:（1）流动节点法是在原有有限元方法的基础上,在单元边界或节点上分配额外的节点（附加自由度）。这样可以实现裂纹的显示扩展,防止损伤点处的积分所引起的奇异性。介绍并推导了基于断裂力学假设的就地强度理论计算方法,修正Pinho准则,提高了破坏强度预测的精度。对两种开孔复合材料层合板进行了拉伸试验。实验结果表明,不同铺层顺序([45₃/90₃/-45₃/0₃]_s和[45/0/-45/90]_3s)具有不同的破坏强度和破坏过程。通过实验结果与仿真结果的比较,验证了该模型的可靠性。对比结果表明,该模型能较好地实现裂纹的显式扩展,并能较准确地预测裂纹的破坏强度。此外,该仿真模型还可以展示从实验现象中观察到的纤维断裂、基体损伤和分层等破坏模式。与未改进的失效准则相比,失效强度的预测精度有了显著提高。（2）参照碳纤维复合材料层合板在静失效的Hashin准则,结合剩余强度与剩余刚度模型,给出了七种在疲劳载荷作用下的失效准则;对0^?/45^?/90^?铺层角度单向板各类常幅疲劳数据,总结得到了归一化的剩余强度与剩余模量演化规律;依据等寿命图,通过线性插值的方法,得到了0^?/45^?/90^?铺层角度单向板在任意应力比、任意应力状态下的常幅疲劳寿命。最后建立了基于改进的Hashin准则失效判定、刚度和强度退化规律的复合材料结构损伤演化与寿命预测有限元模型。对单向板与螺栓紧固碳纤维复合材料层合板结构(铺层顺序为[45₃/90₃/-45₃/0₃]_s和[45/0/-45/90]_3s)进行了仿真预测,与试验结果进行了比较,验证了模型的可靠性。（3）纤维增强复合材料结构在随机载荷作用下的疲劳特性更为复杂。本文对材料的疲劳特性进行了理论研究:采用时域理论与频域理论相结合的方法,建立了复合材料结构在随机载荷作用下的寿命预测模型。在频域内,该模型利用功率谱密度（PSD）得到均方根（RMS）和概率分布函数（PDF）曲线。在时域内,以剩余强度为损伤因子,利用常幅载荷下的剩余强度试验数据,计算了其在随机载荷作用下的损伤演化曲线。该方法的优点是不需要考虑加载顺序。最后,对螺栓紧固碳纤维增强复合材料件（铺层顺序为[45₃/90₃/-45₃/0₃]_s）的随机疲劳寿命预测进行了演算。预测结果和试验结果表明,该模型是成功的。