复合材料因其强度大、刚度高、性能可设计等优点而在航空航天结构中广泛应用,但复合材料结构在长期交变载荷作用下,不可避免地会产生分层损伤。分层损伤作为复合材料层合板结构中最容易发生的一种损伤形式,会不断扩展导致结构强度和稳定性的急剧下降,甚至可能造成结构的灾难性破坏。因此在疲劳载荷作用下对复合材料结构进行持续监测并预测其剩余寿命是当前结构健康监测领域的一个热点,有着重要的研究意义和工程应用价值。本文首先针对复合材料的分层损伤扩展特性展开研究,制备了分层扩展试验所需的复合材料双悬臂梁试验件,进行了静态分层扩展试验,测量出复合材料Ⅰ型层间断裂韧性G_ΙC,得到了反映分层扩展长度与层间断裂韧性关系的R-曲线;然后进行了疲劳分层扩展试验,得到了疲劳分层扩展速率与应变能释放率变化幅度ΔG的关系,为之后预测模型的建立提供基础;接着通过研究Lamb波在复合材料层合板中的传播特性,建立了Lamb波传播时间与分层长度之间的关系,采用小波变换对Lamb波信号在时频域进行分析,测量出Lamb波在压电传感元件之间的传播时间,用于确定复合材料分层长度等扩展情况,并通过数值仿真和监测试验验证了方法的可行性和有效性;最后介绍了粒子滤波算法的基本理论并提出将Pairs公式嵌入到贝叶斯理论框架的方法,将疲劳试验得到的模型参数结合Paris公式构建疲劳寿命预测状态模型,以基于压电传感元件和主动Lamb波方法的结构健康监测技术实时更新分层长度信息来建立观测方程,利用粒子滤波算法对复合材料疲劳分层扩展和剩余寿命进行了在线预测;进行了数值仿真来验证所提出方法的可行性,结果表明:相比于离线预测,在线预测方法中随着分层长度测量信息的增加,疲劳分层扩展和剩余寿命的预测精度不断提高,不确定性不断减小。本文所提方法结合了主动Lamb波方法的结构健康监测技术和基于概率统计的粒子滤波算法,将Pairs公式嵌入到贝叶斯理论框架当中,能有效地对于复合材料分层损伤疲劳扩展进行监测和预测。