本文利用三维弹塑性有限元方法研究了开孔热塑性复合材料AS4/PEEK层合板层间应力的分布特点，并将结果与数字散斑相关试验方法所得到的结果进行了对比，以验证有限元方法结果的可靠性。具体来讲，主要包括以下几方面的内容：　　 首先利用三维弹塑性有限元研究了开孔的热塑性复合材料AS4/PEEK层合板的层间应力分布特征。计算采用大型有限元软件ANSYS9.0来实现。由于此种类型的复合材料在软件中并无相应的材料模型，为此利用试验结果拟合的方法建立了适合于AS4/PEEK的塑性材料本构模型，并将简单层板的计算结果与试验结果进行了对比，证明了模型的合理性。然后对几种形式的层合板进行了计算：首先是薄的对称角铺设开孔层合板[±θ]s层间应力分布的特征。在此基础上，又讨论了两种典型的厚层合板[±25]s4和[0/±45/90]2s在开孔情况下的层间应力分布特征。分析了铺设角、铺层位置对层间应力的影响，以及各种情况下自由边界效应的特点。计算结果显示：　　 1.在所分析模型中，无论何种铺设形式，自由边缘效应都是明显存在的。而且厚板相对于薄板，一般自由边缘效应更明显一些。　　 2.对含孔层合板，孔边的自由边缘效应相应于两个自由边界更为明显，层间应力的最大值一般出现在孔边或其附近。　　 3.由于材料铺设角度影响，层间应力的最大值一般不在最小横截面(即模型中x=0所对应的横截面)上，而是根据铺设角度的不同有一个偏移量。　　 4.所有的层间应力都具有关于孔中心对称的特点。　　 5.对于[±25]s4铺设、含中心孔的层合板，层间应力的自由边缘效应具有以下特点：当上下层的材料主轴方向一致时，自由边缘效应表现为较大的层间正应力；当材料主轴方向角符号相反时，自由边缘效应则表现为较大的层间切应力。这种铺设的层合板还有一个重要的特点就是，在自由边界处，层间切应力在最小横截面与自由边界的交线上等于零或近似等于零；而在孔边，则是在纵向平面(xoy平面)与孔边交线上层间切应力等于零或近似等于零。　　 6.对[0/±45/90]2s铺设的开孔准各向同性层合板，其层间应力的自由边缘效应具有以下特点：在90/-45及0/90层间，层间正应力的自由边缘效应较为明显；在-45/45和45/0层间切应力的自由边缘效应较为明显。　　 7.自由边缘效应对于层间正应力和切应力具有所谓的“互补性”，即如果某一层间层间正应力较小的话，则层间切应力就会比较大，反之亦然。　　 其次，借助于目前科学研究领域常用的软件Matlab编写了一套进行散斑相关计算的程序。本程序能够进行完整的散斑图的前处理、散斑相关计算和后处理等功能。具体来讲，做了以下工作：　　 1.编制了散斑相关计算的前处理程序，包括：多幅散斑图平均的处理；散斑图的剪裁(通过剪裁变形前的散斑图，得到和变形后散斑图相对应的区域，使散斑搜索能够实现)。　　 2.编制了散斑相关计算程序：包括初搜索程序和精细搜索程序两个部分。初搜索程序提供了两种算法进行整数像素的搜索；而精细搜索算法在初搜索的基础上，利用优化算法来寻找亚像素级的匹配点。　　 3.编制了散斑的后处理程序，包括位移场的平滑及应变场的求解。　　 4.对算法的有效性进行了验证，提出了对刚体转动修正的参考方法。　　 5.为提高计算速度，利用Matlab提供的分布式计算引擎，在局域网实现了并行散斑相关计算。　　 最后利用数字散斑相关方法研究了开孔AS4/PEEK层合板的孔边及附近微区的应变集中现象。由于孔边是应变的高梯度区，而层合板侧面应变分布十分复杂，单纯采用普通散斑相关方法很难精确进行测量。针对这种情况，研究中采用了三种分辨率的放大镜头来采集散斑图像。其中，放大倍数低的散斑图用来确定应变的集中区，而放大倍数高的散斑图像则用来确定应变集中区的应变数值。由以上的实验结果以及与有限元计算结果的对比，可以得到如下结论：　　 1.以上的实验研究证实，采用不同放大倍数的放大镜头采集散斑图，从而实现高应变梯度微区及复杂应变微区的应变分布测量是可行的。　　 2.一般来讲，可以利用放大倍数较大的镜头来测量应变集中的部位，而对于应变较小的部位则可以用小放大倍数的镜头来测量。　　 3.提高镜头的放大倍数，会同时增大原散斑场的散斑颗粒，降低对比度。所以，用放大倍数较大的镜头进行测量时，需要制备更精细的散斑。　　 4.由于散斑法本身固有的缺点，采用低放大率的CCD镜头不能测量到孔边缘处的应变分布。这时通过提高镜头的放大倍数，可以使测量结果更接近孔边缘。　　 5.通过将散斑相关方法和有限元方法相比照，发现二者在绝大多数情况下都吻合的较好，说明了用有限元方法计算AS4/PEEK复合材料结构的可行性。