碳/碳化硅（C/SiC）复合材料具有高比强度、高比刚度、耐高温以及优异的热稳定性等特点,在航空航天飞行器大面积防热结构中得到了广泛应用。对于复杂的C/SiC复合材料薄壁结构件,其内部存在大量的连接结构,因此表征、分析及评价C/SiC复合材料连接结构是整体结构设计、完整性分析及可靠性评价的关键。C/SiC复合材料与传统的金属材料不同,存在的百微米级表面粗糙度直接影响C/SiC复合材料连接结构的性能。在C/SiC复合材料连接结构中,为了避免不同材料紧固件的热膨胀系数差异引起的热应力问题,紧固件也采用了C/SiC复合材料,并且往往通过二次沉积形成机械连接与粘接共存的混合连接形式,其破坏机制更为复杂。通常采用试验和数值模拟方法对连接结构进行研究。对于复杂的C/SiC复合材料连接结构,成本阻碍了试验发展,庞大的网格数和接触对数导致三维实体模型计算效率极低,发展快速的建模和分析方法是降低连接结构计算成本与计算周期的有效途径。本文以C/SiC复合材料薄壁连接结构为研究对象,建立等效连接刚度模型,发展壳-紧固件等效模型,研究粘接对混合连接试件强度的影响规律,确定壳-紧固件模型的强度分析方法,为C/SiC复合材料薄壁连接结构快速建模、分析及评价奠定了理论基础。首先,从连接结构等效建模方法、接触行为、应力和强度分析方法以及C/SiC复合材料连接结构四个方面进行综述分析,明确了等效刚度建模、混合连接定量分析以及复杂连接结构壳-紧固件快速建模和强度分析的研究思路。开展了C/SiC复合材料单钉单搭接螺栓连接试件的轴向和剪切刚度试验,发现通过理想接触模型得到的连接刚度与试验结果相比存在较大误差,说明C/SiC复合材料试件的表面不能假设为理想表面。通过分析材料表面粗糙度,采用分形接触力学对界面接触刚度进行了修正,建立了该材料的等效刚度模型,并嵌入到壳-紧固件、杂交模型及实体计算模型中,模型计算结果与试验测试结果吻合。其次,开展了C/SiC复合材料单钉单搭接铆钉混合连接试件的拉伸试验测试,发现了连接板层间剪切强度的大小会影响粘接区域破坏模式。当连接板层间剪切强度小于粘接层面内剪切强度时,粘接层不发生破坏,而连接板发生层间剪切破坏。结合内聚力接触分析模型及材料强度理论,采用壳-紧固件模型模拟混合连接结构的拉伸破坏行为,计算得到的混合连接结构破坏模式及响应与试验测试结果相符。在连接板层间剪切强度足够大条件下,分析粘接面积对该混合连接结构剪切强度的影响规律,发现粘接程度可以影响铆钉混合连接结构的剪切强度。然后,分析C/SiC复合材料螺栓连接/粘接混合连接试件界面的接触行为,区分混合接触与其他粘接区域,结合分形接触力学修正的等效刚度模型,建立混合接触区域的接触刚度计算方法,并嵌入到壳-紧固件模型中模拟混合连接结构响应。采用C/SiC复合材料唯象非线性本构模型,通过有限元方法确定了对应连接结构的强度包线,结合钉载分析计算了C/SiC复合材料单排三钉单搭接螺栓连接结构的强度,与试验测试结果对比验证了该强度分析方法的有效性。最后,针对复杂的薄壁连接结构,提出了薄壁连接结构实体模型快速转化为壳-紧固件模型处理方法,实现通过壳-紧固件模型对复杂连接结构的快速建模分析。并且对C/SiC复合材料三排三钉单搭接螺栓连接结构进行了拉伸破坏试验,出现了连接板拉伸破坏和螺栓剪断破坏两种典型破坏模式。通过壳-紧固件强度分析模型得到了连接板的拉伸破坏模式;而螺栓剪断破坏模式归结于实际低的螺栓剪切强度,结合等效刚度模型和接触刚度算法,通过壳-紧固件模型给定螺栓剪切强度,进一步复现了三排三钉单搭接螺栓连接结构发生螺栓剪断的破坏过程。本文建立的考虑非线性接触的壳-紧固件模型可进一步用于大型复杂的C/SiC复合材料连接结构的性能分析与评价,进而指导整体连接结构的优化设计。