复合材料以其在强度和刚度重量比等方面的优势以及良好的抗疲劳和耐腐蚀性能,近年来在航空航天结构中应用前景愈加广阔。在复合材料的搭接结构中,由于机械连接易于装配、拆卸和适航性认证,机械连接仍广泛用于航空航天结构中。然而,由于钻孔和各向异性复合材料构件引起的高应力集中,这些连接部位在结构中一直是潜在的弱点,其失效模式对结构的安全性和完整性产生了关键的影响。因此,复合材料螺栓连接结构的极限承载强度研究和损伤失效模式分析已成为复合材料研究中急需解决的问题。本文针对复合材料层合板及其螺栓连接结构建立渐进损伤有限元模型,进行搭接结构极限承载能力及损伤机理研究。建立复合材料沉头螺栓连接结构有限元模型,依据本文中研究的基础理论建立渐进损伤模型,编写VUMAT子程序,使本文中提出的失效判据和刚度衰减准则能够在渐进损伤分析中顺利运行,并对整个模型进行渐进损伤分析。验证并分析了不同搭接端距对拉伸载荷作用下层合板沉头螺栓搭接结构极限承载能力和损伤的影响,仿真结果表明:当搭接结构端径比为1.5-2.5时,随着端径比的增加,模型的极限承载强度和失效位移显著增加;而当搭接结构端径比为2.5-3.5时,端距对极限承载载荷的影响很小,在这个范围内,搭接端距的增大对模型的极限承载强度和其失效位移几乎没有影响。因此,从工程应用的角度来看,搭接端径比2.5为最优的设计参数。建立温度和螺栓扭矩影响下的复合材料层合板沉头螺栓搭接结构渐进损伤模型,在本研究中首先分析了温度对复合材料本构方程所带来的相关作用,其次分析了复合材料相关性能在不同温度作用下的变化以及螺栓预紧力对结构产生的影响。由于沉头螺栓搭接结构本身具有较高的复杂性,使得有限元模型存在大量的非线性问题,选用显式求解器进行求解,分析预测了温度和螺栓扭矩对拉伸载荷作用下层合板沉头螺栓连接结构极限承载能力以及失效机理的影响。研究表明:搭接结构所处环境温度的逐步上升,会使其在拉伸载荷作用下的承载强度减弱,最终失效位移逐渐减小,这种现象表明温度的升高会使复合材料的承载性能降低,沉头螺栓搭接结构的承载强度和损伤受螺栓扭矩以及温度的共同作用影响。随着温度的不断上升,当扭矩超过15 Nm时,搭接结构的极限承载强度不断减小。建立考虑不同螺栓扭矩和摩擦系数影响的复合材料层合板沉头螺栓搭接结构渐进损伤模型,基于第二章的理论模型和第四章的有限元模型,探究了不同螺栓扭矩和摩擦系数对搭接结构的极限承载能力的影响,以及其渐进损伤的扩展模式。研究结果表明:复合材料搭接结构的极限承载强度受螺栓扭矩和摩擦系数的共同作用影响,摩擦系数越大,复合材料结构的极限承载强度和失效位移越大。随着摩擦系数的增大,当螺栓扭矩超过15Nm时,搭接结构的极限承载强度不断减小,当螺栓扭矩为15Nm时,连接结构的极限承载强度最大。螺栓倾斜和二次弯曲现象对基体拉伸、压缩损伤和纤维-基体剪切损伤有较大的影响。综上研究,本文所做的研究内容可以对实际工程应用中,复合材料沉头螺栓连接的结构设计提供参考意义。