先进复合材料具有比强度和比刚度高、性能可设计和易于整体成型等诸多优异特性,自问世以来一直备受航空航天等重要领域的关注。与传统的金属材料相比,复合材料对面外载荷敏感,失效模式复杂的特点。这些特点给复合材料的强度分析和结构设计带来了巨大的挑战。深入理解复合材料损伤失效机理,建立客观反映其物理机制的强度分析模型和方法对复合材料安全裕度的评估和结构优化设计非常重要,有助于降低复合材料结构的研发成本,缩短研发周期,进一步提升行业的核心竞争力。为了能准确预测复合材料层合板的失效起始和破坏过程,本文构建了一种结合LARC05失效准则和扩展有限元(Extended Finite Element Method,XFEM)的数值分析方法。该方法既可以综合考虑复合材料的复杂失效行为,包含就地效应(In-situ Effect),剪切非线性(Shear Nonlinearity),纤维压缩弯折失效(Kinking Failure)和纤维压缩劈裂失效(Splitting Failure)及其耦合作用,也可以通过XFEM可视化的描述复合材料中裂纹的起始与扩展。通过建立开孔单向板拉伸、开孔层合板拉伸以及单钉单搭接拉伸模型进行数值分析并依次与实验结果进行对比,验证该数值模型的有效性。具体内容如下:第一章为复合材料损伤失效理论以及开孔板,紧固连接件的失效判定及刚度退化的国内外研究现状。第二章为LARC05理论详述、XFEM的基本原理简介及程序实现过程概述。第三章集成LaRC05失效准则与XFEM模型的含孔单向板失效与裂纹扩展分析讨论。第四章为结合LaRC05失效准则和XFEM方法,开展含孔复合材料层合板拉伸行为的数值分析,并与相关试验以及LaRC03预测结果进行对比,从失效模式和载荷-位移曲线两个方面验证模型的有效性。第五章为结合LaRC05失效准则和XFEM方法,开展单钉连接件的失效载荷与裂纹扩展的数值分析,并与相关试验以及Hashin预测结果进行对比,从失效模式和载荷-位移曲线两个方面验证模型的有效性。主要的结论如下:1.与开孔单向板的实验对比表明:本文建立的模型能够有效的捕捉单向板的各种失效模式及裂纹扩展,表明了该模型具备描述复合材料开孔单向板在多种应力状态下复杂失效模式的能力。2.与开孔层合板的实验对比表明,本文方法不仅能在失效模式方面拟合试验现象,而且位移-载荷曲线能够拟合试验结果,三种铺层设计下的误差值低于7%。3.与单钉紧固件连接结构的实验对比表明:单钉连接件的初始损伤往往起始于复合材料层合板与金属板相连且受螺栓挤压位置。结构极限载荷与试验结果相近,误差为6.46%。