平纹机织复合材料（Plain woven composite,PWC）以其优异的面内性能被广泛应用于航空、航天等领域,交叉缠绕的纤维束分布方式使得其面内性能明显优于传统单向纤维排布的复合材料。但平纹机织层合板仍然是由单层叠加制成的,在受到低速冲击时,其结构依旧会形成目不可见的损伤,对使用安全性造成威胁。同样,PWC修补结构在服役过程中也极易受到冲击损伤。针对PWC贴补结构,本文采用基于多尺度的数值分析方法,对修补结构的抗冲击性能进行了研究,采用连续损伤模型（Continuous damage mechanic,CDM）和内聚力模型（Cohesive zone model,CZM）预测了修补结构的有限元模型的损伤演化,并通过低速冲击实验验证了模型的准确性。结合响应面法（Response surface methodology,RSM）和多岛遗传算法（Multi-island genetic algorithm,MIGA）对补片参数进行了优化,以确定具有最佳抗冲击性能的修补方案。首先,针对PWC修补结构周期对称性的特点,建立结合微观、细观和宏观尺度的多尺度有限元模型。分别建立纤维束微、细观尺度的代表性单元（Representative volume element,RVE）模型,预测材料性能,再将细观RVE模型转化为等效交叉层合板（Equivalent cross-ply laminate,ECPL）,并采用体积均匀化法得到ECPL等效性能,阵列扩展得到PWC修补结构宏观等效模型,并通过落锤冲击实验验证了该多尺度数值模型的准确性。其次,对PWC和单向纤维复材贴补结构的冲击响应进行了对比。基于PWC修补结构模型,建立单向铺层贴补结构的有限元模型,通过简化的Chaims细观力学公式计算出单向铺层复合材料的细观力学性能,并对两种不同纤维排布修补结构的抗冲击性能进行了对比,结果表明:PWC贴补结构表现出了更好的整体抗冲击性能。然后,通过提取修补结构的损伤形式、冲击力、吸收能量、分层面积等,对PWC贴补结构在不同冲击能量下的损伤演化和补片参数对结构抗冲击性能的影响展开了研究,结果表明:冲击能量小于4 J时,修补结构的损伤集中在补片位置,冲击能量介于4 J到12 J之间时,修补结构补片损伤加重,母板开始出现轻微损伤,冲击能量大于12 J时,修补结构补片损伤严重,母板呈现明显的损伤,且变化明显;对单一补片参数而言,补片为圆形,厚度为0.75 mm,半径为20 mm,偏转角为22.5°时,修补结构表现出较好的抗冲击性能。最后,结合试验设计（Design of experiment,DOE）和RSM建立了代理模型,基于代理模型建立了以结构抗冲击性能提高率为目标函数的优化设计方案,并采用MIGA对补片厚度、大小和偏转角进行了多参数优化,结果表明:在同时考虑多个参数的情况下,补片厚度为0.87 mm,直径为66 mm,偏转角为44.2°时的修补结构具有最佳抗冲击性能。