当前,航空航天飞行器结构正面向大型化、轻量化、高收纳和高承载的趋势发展。空间充气展开结构由于其轻质、折叠体积小和展开可靠性高等优点成为上述问题的潜在解决方案。但空间充气展开结构存在的皱曲、形状保持困难和承载能力低等问题成为制约其发展的主要因素,已有的研究中采用网格增强薄膜来提升薄膜充气结构的形状稳定性和承载能力,其中网格类型包括柔性网格和刚性网格。柔性网格增强薄膜结构目前基本仅限于工程应用,缺乏网格和薄膜协同承载机理的研究,网格对薄膜结构性能提升的机制不明确。刚性网格增强薄膜结构的承载机理不明确,而且刚性网格存在收纳率问题。本文重点开展复合材料网格及其增强结构的承载和失效行为研究,对丰富网格增强结构的力学基本理论以及促进薄膜充气结构在航空航天领域中的应用,具有重要的理论和工程指导意义。本文以复合材料网格及其增强结构为核心,以结构的承载与失效为关注点,以2D柔性网格增强材料及结构、2D复合材料网格及其增强结构、3D复合材料网格结构及其变构型设计为研究主线,逐步开展了以下几方面的研究工作:通过柔性网格增强薄膜的拉伸特性分析,揭示了网格与薄膜协同承载的机理;建立了柔性网格增强薄膜充气梁的弯皱力学模型,预报了柔性网格增强薄膜充气梁的临界皱曲载荷和失效载荷,并进行了实验验证,理论结果与实验结果吻合良好;通过柔性网格增强薄膜充气梁的弯皱承载分析,揭示了网格层在提升薄膜充气结构的抗屈抑皱性能中的作用机制;开展了柔性网格增强充气梁的充压膨胀行为分析,评估了柔性网格增强薄膜充气结构的形状保持能力。实验研究了复合材料网格增强平板的拉压特性,并分析了网型、缺陷、薄膜、制备方法等因素对复合材料网格增强平板拉压性能的影响;通过实验测试和数值仿真研究了柱壳型复合材料网格增强结构的屈曲行为;开展了抛物面型复合材料网格增强结构的承载特性研究,分析了网格增强层对薄膜充气结构型面稳定性以及承载性能的影响,阐述了抛物面型复合材料网格增强结构的承载机理。抛物面型米字型复合材料网格增强充气结构展现出最优的型面稳定性和承载效率,并呈现出独特的阶梯式渐进失效模式。设计了3D复合材料网格结构,并建立了理论模型预报了其等效力学性能;制备了3D复合材料网格结构,并对其抗弯承载行为进行了实验测试;研究了3D复合材料网格结构的弯曲失效行为,分析了影响3D复合材料网格结构弯曲失效模式的因素,并阐述了其失效机制。研究结果表明:3D复合材料网格明显提高了结构抗面外变形的能力,并且表现出混合渐进失效模式。开展了SMP复合材料网格结构的变构型设计及其承载性能研究。阐述了SMP复合材料网格结构的变构型设计原理;考虑形状记忆聚合物的粘弹特性,基于形状记忆聚合物的宏观热力学模型,开展了SMP复合材料网格结构的折展行为分析,并进行了实验验证;通过建立SMP复合材料网格梁的三点弯有限元模型,仿真分析了结构的承载特性,并分析了折叠对结构承载和失效模式的影响。3D复合材料网格梁经过折叠和展开后,芯层存在残余变形。残余变形影响了结构的承载性能和失效模式。