复合材料在现代飞机结构上的应用越来越广泛，但工程师们对复合材料的使用还相当保守，归根结底在于对复合材料损伤破坏机理以及损伤失效分析方法的研究还不够深入。复合材料各向异性和不均匀性、铺层可设计性、损伤模式多样性以及三维层合效应等特点，给复合材料层合板损伤失效分析和强度预测带来了严峻的挑战。本文在深入理解复合材料损伤机理的基础上，开展了复合材料层合板强度的数值模拟理论研究，建立了层合板层内和层间渐进损伤演化分析模型，并进行了试验验证。全文的主要内容包括：　　(1)总结了复合材料失效分析数值模拟中的几个要素，对各个要素的研究现状进行了综述。　　(2)进行了碳纤维增强复合材料的试验研究。完成了T700/YPX3001材料的基本力学性能试验、光滑层合板的拉伸性能试验、含中心圆孔层合板的拉伸和压缩性能试验、以及不同加载模式下的层间断裂韧性试验。　　(3)开展了复合材料宏观强度准则和层间分层扩展准则的评估性研究。建立了宏观强度准则的理论失效包线，以及5种有代表性的宏观强度准则的概率失效包线和强度分散带。采用多组试验数据，客观评价了各强度准则的预测能力，并给出了评估结论。建立了分层扩展准则的评估方案，采用大量试验数据对10种分层扩展能量准则的预测能力进行了定量评估，获得了对应各准则的材料系数和拟合度，并给出了评估结论。　　(4)基于连续介质损伤力学的概念建立了一个全新的复合材料层内渐进损伤分析模型。模型不仅给出了新的复合材料单层本构关系、损伤判定准则和损伤演化法则，还考虑了材料初始强度的分散性和就位特性，以及有限元网格尺度的敏感性。采用光滑层合板拉伸试验对模型进行了验证，结果显示模拟结果与试验结果具有较好的一致性。　　(5)建立了一个预测复合材料层间分层损伤的改进粘聚区模型。模型考虑层间法向拉伸对分层的促进效应和层间法向压缩对分层的抑制效应，还考虑了网格尺度和粘聚强度对模拟结果的敏感性。采用双悬臂梁试验、混合模式弯曲试验和端边切口弯曲试验对模型进行了验证，结果表明改进粘聚区模型能很好地预测层合板分层行为。　　(6)开展了含孔层合板剩余强度的工程估算方法研究。在应力场强法的基础上建立了含孔层合板剩余强度估算的解析表达式。采用了大量试验数据，对应力场强法以及其他特征距离法进行了评估。结果显示，应力场强法和平均应力准则法预测能力要优于点应力准则法和损伤区域准则法，应力场强法预测与试验吻合程度略优于平均应力准则法。　　(7)结合层内和层间失效分析模型，建立了一个用于含孔层合板剩余强度预测的三维渐进损伤分析模型。采用普通铺层和角铺层的含中心圆孔层合板试验对模型进行了验证，结果表明：所有铺层层合板的预测刚度与实测刚度吻合良好；预测强度与实测强度的最大误差为15.06％；模拟的损伤演化过程和断裂形貌与试验结果相吻合。