复合材料结构因具有优越的机械性能被越来越多的应用在当代工程实践中,人们开始关注通过数值模拟和虚拟制造来优化工艺参数和加工方法。自动纤维铺放工艺是一种新的制造方式,可以使得复合材料结构使用的材料更少、重量更轻,同时能更大程度地发挥结构的机械性能。随着自动纤维铺放技术和纤维丝预浸料系统的发展,利用自动纤维铺放设备制造复合材料结构变得越来越普遍,这使得需要新的数值模型来充分描述复合材料层压结构的机械特性。本文主要研究复合材料结构铺丝层的纤维铺丝层数和纤维铺丝角度,以进一步优化铺丝加工路径并优化结构设计,提出了一种适用于复合材料结构纤维丝束自动铺放路径规划的优化设计方法,并利用有限元分析工具构建并实现铺贴丝束材料模型,同时根据各种载荷情况对复合材料层压结构机械性能进行了实验验证。本文主要研究内容如下:（1）复合材料层压夹芯平板结构轻量化设计的研究。复合层压夹芯平板结构的机械性能主要取决于面板和芯层的材料特性和几何形状,本文将主要研究在平面均匀载荷作用下的六边蜂窝芯层复合平板结构的优化设计。在轻量化设计过程中重点考虑芯层蜂窝核芯的屈曲和剪切变形,并同时考虑构成面板的复合层压平板中所产生的应力。面板和芯层分别采用正交各向异性本构模型,在计算过程中采用改进的粒子群优化算法,从而提高求解精度同时提高计算效率。（2）自动纤维铺放层压板形变计算优化方法的研究。复合材料层压结构铺层纤维丝束铺贴方向的差异导致了其制造过程中形变的产生,这种各向异性是使复合层压板的形状从平面变为曲面的机制。本文将主要研究利用自动纤维铺放技术制造的具有非对称铺层序列的复合层压板的形变计算优化方法,同时进一步探究铺层序列对层压板形变的影响,利用增量计算方法确定非对称层压板形变的最终位置。该计算方法采取递增的方法,在每次递增后变化坐标轴,从而提高对部件最终成型形状的预测精度。（3）层压夹芯结构自动纤维铺放加工路径优化的研究。对于承载特定方向负载的复合层压夹芯平板来说,芯层具有波纹形状可以提供更好的几何形状控制。本文将主要研究不同类型的波纹芯层对复合层压夹芯平板结构性能的影响,并通过对比分析提出波纹芯层的最佳波纹形状设计的几何参数,最后尝试利用自动纤维铺放技术模拟制造波纹芯层,并提出波纹芯层制造的铺层序列优化设计方案。