层合板挤压失效是限制复合材料机械连接力学性能与整体结构系统承载效率的关键因素。然而，由于其复杂的失效机理以及对设计参数的高敏感性，发展对应的可靠且准确的失效分析方法是极为困难的。本文旨在系统性地发展并验证高保真度高可靠度的复合材料机械连接挤压失效虚拟试验技术，围绕挤压失效机理从物理观测、失效预测模型构建与验证以及增强设计三个方面开展研究工作。
　　首先，结合多种测量和检测手段（数字图像相关技术、二维X-ray造影和切面显微观测）对含有不同铺层比例/顺序和单层厚度的复合材料层合板销钉挤压失效机理与失效过程进行了系统性多维度地表征。认识到复合材料层合板挤压失效是一个相当复杂的多模式损伤起始与交互耦合扩展的过程，包括三维应力状态下的纵向压缩失效、断裂面角度非唯一的多模式混合横向失效、多模式混合的层间失效、相邻层约束下的多折曲带现象、多模式损伤交互产生的跨越多层的宏观剪切带、以及所伴随的面内面外的大变形与断裂面上的大滑移。同时发现，多向层合板销钉挤压失效掉载后均存在一个较稳定的载荷平台，不同的铺层比例显著影响着各式损伤占比和整体损伤形貌，单层厚度的增加会显著降低层合板的挤压强度。
　　随后，根据试验观测，构建了基于物理机制的纤维增强复合材料层合板失效预测模型。材料模型中考虑了所有的层内层间介观损伤模式、多向层合板中的就位效应、损伤起始前的层内剪切非线性行为以及首次考虑了螺栓连接中层板在侧边约束下较为显著的层内和层间粘聚-摩擦行为，采用基于应力不变量的三维唯象失效准则和基于扩展机理的连续损伤模型（纵向双线性损伤模型和横向三维弥散裂纹模型）以模拟层内损伤，并采用离散型粘聚区模型以模拟层间损伤。数值模型基于有限元方法，采用裂纹带模型和沿纤维向划分网格的策略，以减缓局部连续损伤模型在处理应变软化问题时对网格尺寸与划分走向的依赖性。基于本文中的销钉挤压试验和文献中多构型多几何尺寸的螺栓连接试验对所构建的模型进行了验证，预测结果与试验结果在宏观力学响应和介观失效机理两方面均吻合较好，证明了模型的准确性和通用性，同时其计算成本可为工程应用所接受。
　　最后，基于对挤压失效机理的试验与仿真研究，从抑制损伤起始与扩展的角度出发，进行了复合材料单/双剪螺栓连接的局部层级混杂增强设计，并基于所发展的数值模型对设计方案进行评估，发现所提方案对拐点载荷和极限载荷的增强效果分别可达 59.21%和 50.77%，同时增强方案中介观失效机理的变化符合设计预期，证实了设计思想的合理性和有效性。