碳/碳化硅(C/SiC)复合材料具有高比强度、高比刚度和热稳定性好等优点,作为理想的防热材料广泛应用于航天领域,如航天飞行器热结构和大面积热防护系统薄壁结构部件等。航天飞行器在高速巡航和再入过程中,薄壁防热复合材料结构在高温环境下长时间地处于严重的随机交变载荷(如噪声和振动等)激励,从而产生不同程度的随机振动响应,进一步会导致结构的疲劳累积损伤失效。一方面,疲劳破坏严重影响了结构的完整性和可靠性,另一方面,C/SiC复合材料在随机疲劳载荷作用下的损伤机制复杂。如何建立疲劳累积损伤模型分析C/SiC复合材料薄壁结构的随机疲劳特性是其疲劳寿命预报和抗疲劳设计的关键。同时,随机疲劳载荷作用下的薄壁结构疲劳破坏与结构自身动力学特性密切相关,因此在处理大型薄壁结构疲劳损伤分析及寿命预估时需要发展能够考虑较多影响因素并且具有较高计算效率的频域、时域或时-频交互分析方法。本文对2D C/SiC复合材料薄壁结构的随机疲劳行为进行了实验研究,结合常幅疲劳试验在时域和频域内建立了剩余刚度分析模型,对随机载荷下2D C/SiC复合材料壁板结构的疲劳损伤及寿命进行了分析。论文主要研究内容主要包括以下几个部分:首先,对2D C/SiC复合材料悬臂壁板结构开展了窄带随机振动实验,对关键点的动态应变及结构的频率进行了监测。随机动态应变响应时间历程呈现出典型的窄带特征,且幅值概率密度曲线较好地符合Rayleigh分布函数。对破坏试件的断口形貌进行了分析,得到了悬臂状态下试件的主要疲劳损伤模式。其次,基于2D C/SiC复合材料常幅疲劳问题的研究,建立了材料剩余刚度模型,确定了在时域内薄壁结构随机疲劳损伤的计算分析流程。结合壁板结构随机振动实验测试数据,利用正则化剩余刚度模型分析了试件在随机振动载荷作用下的剩余刚度变化规律并对结构随机疲劳寿命进行预测。与实验值相比,预测值最大误差为29%,且预测结果相对保守。再次,基于常幅疲劳理论和随机过程分布模型,建立了基于功率谱密度法的剩余刚度分析模型,将原来时域上的材料疲劳损伤过程在频域内进行描述。结合随机振动实验测量的应力功率谱密度,对试件的剩余刚度及频率变化规律进行了分析。以结构频率的下降比作为结构随机疲劳失效的判据,进一步对试件在随机振动载荷作用下的疲劳寿命进行了估算,结果与实验值吻合较好。最后,结合功率谱密度法的剩余刚度分析方法,建立了2D C/SiC复合材料薄壁结构随机疲劳损伤累积分析方法,计算分析了噪声载荷作用下的薄壁结构疲劳寿命,并且对动力学特性(包括结构模态振型、固有频率、噪声加载频率带宽及量级和结构振动幅值等)与薄壁结构的疲劳损伤失效的关联性进行了分析。本文建立的C/SiC复合材料薄壁结构的随机疲劳损伤及疲劳寿命预报方法,将对航天飞行器复合材料薄壁结构在高温载荷条件下的随机疲劳损伤分析及结构抗疲劳设计具有重要的指导意义。