碳纤维复合材料具有高强度、高模量、低密度、可设计性强以及抗疲劳性好等诸多优良性能,因而广泛应用于航空、航天、航海、医疗以及体育运动等领域。特别是在航空领域,国际上更是将碳纤维的使用量作为衡量国家科技实力的一种标准。由于复合材料本身的局限性,碳纤维复合材料在实现航空装备轻量化的同时,也存在诸多需要解决的问题。在航空领域,为了进行设备的安装以及维护,常常需要在层合板上面开孔,且一般情况下孔口直径较大,多为含大开孔层合板(层合板宽度D与开孔半径R比例小于6时,则称之为大开孔)。开孔必然会引起层合板强度降低,同时也会造成孔边应力集中问题。更为严重的是,孔边的边缘效应会引起孔口附近出现分层开裂损伤,在受载过程中,分层损伤会进一步扩展,进而导致层合板的承载能力以及使用寿命受到严重影响。针对此问题,本文采用目前较为新颖的方式(缝合补强)对大开孔层合板孔边区域进行补强。缝合补强方式在不改变开孔部位几何外形以及质量的情况下,可以有效抑制孔边分层,增强层合板孔边的层间性能,但是缝合补强也存在其自身不可避免的局限性。缝合补强时缝线和缝纫针会穿透层合板,进而会引起层合板面内损伤,主要包括面内纤维弯曲、纤维断裂、面外纤维弯曲以及树脂富集等问题。这些损伤会对层合板面内性能造成较大的影响,并且随着缝合参数的改变而发生改变。因此,选择合适的缝合参数对大开孔层合板缝合补强显得尤为重要,一方面需要保障面内性能改变幅度不宜过大,另一方面还需要有效增强层间性能。为了给出大开孔层合板缝合补强参数选择的合理指导理论和方法,本文从细观角度入手,开展了缝合针脚处的损伤研究。首先,从几何角度入手,建立了单层板缝合针脚处的单胞模型。为了有效获取缝合后单层材料性能的变化情况,将单胞划分为缝合影响区、无影响区以及树脂富集区。通过数学理论方法构建了各个区域的纤维状态函数,进而求解出各个区域的纤维体积含量以及纤维弯曲角度状态函数。利用MALTAB绘制了单胞纤维体积含量分布云图以及纤维弯曲角度分布云图,结果表明纤维弯曲最大角度约18°,与实际情况较为吻合。利用复合材料细观力学理论,求解出了单胞各个区域的弹性工程常数状态函数,并采用均一化算法得出了单胞平均弹性工程常数。另外,选取修正系数K_i来表征面外纤维弯曲缺陷。研究表明:缝合后单层板纵向杨氏模量减小,横向杨氏模量、剪切模量以及泊松比均增大,变化幅度均在-8%~15%之间。其次,采用ABAQUS/Standard模块建立大开孔层合板缝合补强有限元模型模拟计算不同缝合参数对大开孔层合板力学性能的影响。为了有效模拟缝合后层合板的实际缺陷问题,将大开孔层合板划分为P、Q区域。其中,Q区域为孔板缝合区域,其弹性工程常数利用前述研究理论计算;P区域为远离孔边区域,不受缝合缺陷的影响,其弹性工程常数采用复合材料细观力学理论计算。同时,为了有效模拟针孔处树脂富集引起的应力集中问题,本文提出了一种较为新颖的建模方法,在每个单胞中引入针孔模型,针孔中填充树脂,缝合线内嵌入树脂中。对缝合补强后的大开孔层合板模型施加拉伸以及压缩位移载荷,并导入三维Hashin失效USDFLD子程序,得出了不同缝合参数对层合板力学性能的影响以及渐进损伤破坏过程。研究表明:缝合会降低层合板的面内力学性能,会诱导层合板孔边提前发生破坏,但是在拉伸载荷下却可以有效抑制分层的快速扩展。最后,利用前述研究理论,给出了一套较为完整的缝合参数选定方案。根据工况所需的层合板刚度值,利用前述计算方法反推得出当前工况下合适的缝合参数。