飞行器的减重一直是航空航天工程师不懈追求的目标,经过一代代科学家和工程师的努力,航空航天材料正逐渐从传统金属材料向更轻更强的复合材料过渡,结构也逐渐从实体向夹芯结构过渡。蜂窝是应用最广泛的夹芯结构,但是密闭的蜂窝胞元内部气压变化易造成面板破坏或面芯脱胶;冷凝水积聚在蜂窝胞元中无法排出,容易使芯子和面板材料老化以及面芯胶层破坏;封闭的胞元结构也不利于多功能元件的预埋。为了解决蜂窝存在的问题,提出具有贯通胞元的Miura折纸型夹芯结构,但传统的Miura折纸型芯子不适合用连续纤维复合材料制备。基于此,本文将对传统Miura折纸型结构改进设计,使之更适合采用连续纤维复合材料制备,并开展折纸型夹芯结构在准静态载荷下的力学性能研究,然后完成折纸型柱筒结构的设计,为折纸型结构在航空航天领域的应用奠定基础。本文将传统Miura折纸型芯子的直棱线通过一定变换规则转化为圆弧线,完成对Miura折纸型夹芯结构的曲面化设计,形成曲面型折纸夹芯结构,使其更适合用连续纤维复合材料制备,曲面化后纤维的突变明显减少,降低了制备过程中对纤维的损伤,并有利于减弱结构在承载时的应力集中。通过模压成型和二次粘接工艺制备了碳纤维复合材料曲面折纸型夹芯板,建立了平压刚度和平压强度的理论预报模型并绘制了失效机制图,采用有限元模拟和平压试验验证了理论模型的合理性,通过有限元模拟和平压试验对比研究了复合材料曲面折纸型夹芯板的变形过程和失效机制。曲面折纸型夹芯结构在低相对密度下的抗屈曲能力明显高于Miura折纸型夹芯结构,在本文所研究的折纸芯子的尺寸范围内,曲面折纸型夹芯结构的平压屈曲比强度比Miura折纸型夹芯结构提升了20%-100%之间。通过Ashby选材图平压力学性能比较可知,本文的碳纤维复合材料曲面折纸型夹芯结构相当于甚至优于很多常见的夹芯结构。提出了一种新型的复合材料折叠制备方法,为了解决复合材料预浸料在常温下呈软化状态而无法维持形状的问题,引入PMI泡沫作为基础提供支撑,并对折叠后复合材料结构的形状进行固定。通过热压一次成型工艺,制备了碳纤维复合材料混杂曲面折纸型夹芯板,建立了混杂曲面折纸型夹芯板平压强度理论预报模型,通过有限元模拟和平压试验对理论模型进行了验证。通过有限元模拟和平压试验揭示了复合材料混杂曲面折纸型夹芯结构的变形、失效机理和能量吸收机制。由于PMI泡沫的引入,低相对密度下曲面折纸型夹芯结构的失效模式从芯子屈曲向芯子皱曲和压溃转变,使得平压强度大幅提高。PMI泡沫的引入提高了结构的平台应力,加之曲面折纸型芯子壁面和PMI泡沫相互作用出现局部密实化,折纸型夹芯结构的能量吸收能力得到大幅提升。本文对复合材料曲面折纸型夹芯板的剪切和三点弯曲力学行为进行了研究,建立了曲面折纸型夹芯板在横向和纵向两个方向的刚度理论预报模型以及不同失效模式下的强度理论预报模型,通过面外剪切和三点弯曲试验揭示了曲面折纸型夹芯板的变形行为、失效机制及力学性能。提出“柱筒横截面形状设计-基本单元切割-单胞阵列组装”的折纸型柱筒结构系统化设计方法。通过该方法设计了具有不同横截面形状不同单胞构型的折纸型棱柱筒。通过理论论证了可折叠性和可展开性,并建立了二维折痕与三维结构之间的变换关系,通过二维折痕设计实现了三维棱柱筒结构的折叠成型。将该设计方法进行拓展,设计出不封闭的柱筒结构,即可展开折纸型螺旋柱筒结构。基于弹性曲面设计了曲面折纸型螺旋柱筒结构,同时设计了等高度的刚性折纸型螺旋柱筒结构。为了使螺旋柱筒结构能够顺利展开,并且在折叠状态下达到最小体积,建立了螺旋柱筒结构展开的理论模型,通过理论模型进行了各个壁面的长度设计。分别对曲面和刚性折纸型螺旋柱筒的展开过程进行模拟,验证了理论模型的正确性。复合材料曲面折纸型夹芯结构以及棱柱筒结构对于飞行器尤其是国产大飞机机身的减重具有较大的应用前景,而螺旋柱筒结构在空间展开结构尤其是卫星可展开太阳能帆板具有一定应用前景。