随着复合材料在飞行器、汽车、船舶等领域的广泛应用,复合材料在使用过程中遭受损伤的情况也越来越多,因此,对复合材料进行修补以恢复其部分力学性能的需求越来越迫切。同时,随着碳纤维复合材料在结构主、次承力构件中的大量使用,其结构修理及疲劳失效问题得到越来越多的关注。本文采用数值仿真与试验方法,对碳纤维复合材料贴补修理结构的拉伸强度和疲劳寿命开展研究,为其工程应用提供理论参考。首先,对开孔复合材料层合板及其单面、双面贴补修理结构的拉伸性能进行了试验和仿真研究,并对母板、胶层和补片的损伤过程进行了分析,探究了结构参数对贴补修理结构拉伸强度的影响。结果表明:贴补修理后结构强度显著提升,且双面贴补修理效果更好;补片厚度的变化对贴补修理结构拉伸性能的影响并不显著;贴补修理结构的拉伸强度随着补片半径的增大而增大;当胶层厚度为0.08 mm时,该贴补修理结构的修补效果最好。其次,对开孔复合材料层合板及其单面、双面贴补修理结构在不同应力水平下的疲劳寿命和损伤形貌进行了试验探究。结果表明:层合板的疲劳失效发生在疲劳寿命的中后期,疲劳失效首先发生在层间和基体,最后纤维发生失效,导致结构力学性能迅速降低而发生疲劳破坏;对开孔层合板进行单面和双面贴补修理后,试件的平均疲劳寿命分别提升了33.4%和46.5%;应力水平越高,试件的疲劳破坏形貌与准静态拉伸试验的破坏形貌越相似;应力水平越低,试件的疲劳破坏越彻底,损伤区域更大,损伤程度更深。最后,建立了开孔复合材料层合板及其单面、双面贴补修理结构的疲劳寿命预测模型,编写了UMAT子程序对层合板进行疲劳渐进损伤分析;通过疲劳试验结果与仿真结果的对比,验证了疲劳寿命预测模型的可行性;对双面贴补修理结构的优化解进行了疲劳寿命预测。结果表明:优化后的双面贴补修理结构的疲劳性能显著优于未优化的结构,疲劳寿命平均提升了9.12%。