复合材料有着比强度高、比刚度高、抗疲劳性能优异、高温性能好、热稳定性良好、可设计性强等优点,在飞机结构中应用广泛。胶接是飞机复合材料结构连接的主要方式,研究复合材料连接结构的强度和失效机理对飞机结构的安全保障至关重要。本文从航空航天领域的应用出发,研究了复合材料单搭胶接与双搭胶接结构的应力分布状态以及损伤的扩展过程。本文主要研究内容包括:(1)考虑了搭接长度、层压板单位宽度内所受的轴向拉力、胶接接头的等效拉伸模量以及等效惯性矩对载荷偏心系数的影响,采用考虑载荷偏心的弹性力学分析方法建立复合材料单搭胶接结构应力分析理论模型;将层压板以及胶层等效为线弹性材料,基于经典弹性理论建立了复合材料双搭胶接结构应力分析理论模型。(2)通过试验测量了层压板上下表面多处位置的应变,并根据测得的应变提出了基于经典弹性理论的应力计算方法和基于经典层压板理论的应力计算方法。将理论模型算得的胶层剪应力分布状态与应力计算方法算得的结果进行对比和验证。结果表明:理论模型算得的胶层剪应力分布曲线与应力计算方法算得的胶层剪应力分布曲线吻合度较高,验证了理论模型的有效性。胶层剪应力峰值出现在接头端部;在搭接长度相同的情况下,胶层剪应力随着载荷水平的升高而增大;在相同拉伸载荷作用下,当搭接长度达到一定的数值时,增加搭接长度,胶层剪应力峰值基本不再增加。(3)通过试验研究了搭接长度和胶层厚度对复合材料胶接结构拉伸性能的影响,得到相应的载荷-位移曲线以及结构的失效模式。试验结果表明:复合材料胶接结构的极限载荷随着搭接长度的增加而增大,当搭接长度达到一定的数值时,增加搭接长度,所能承受的极限载荷基本不再增加;随着胶层厚度增加,结构的极限载荷有所降低;失效全部发生于胶层处,胶层的失效模式主要是粘接失效、薄层内聚失效以及两种失效的混合模式。(4)建立了复合材料胶接结构渐进损伤分析的有限元模型。选取一种改进的失效准则及其相应的材料退化模型建立了复合材料层压板渐进损伤模型;应用基于双线性本构的内聚力模型模拟了胶层失效。通过与拉伸试验结果比较,验证了有限元模型的有效性。该模型得到了复合材料单搭胶接结构在不同拉伸载荷作用下胶层剥离应力的分布状态,理论模型分析结果与之吻合度较高,进一步验证了应力分析理论模型的有效性。同时,该模型还可以模拟复合材料胶接结构从损伤萌生至最终失效的损伤扩展过程。