连续碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）及其蜂窝夹层复合材料是飞机结构设计中常用的材料,其力学性能的薄弱环节在于界面。在外荷载作用下,界面应力较大的部位容易引起层间分层或胶层脱粘,导致裂纹扩展和结构早期失效。在本文研究中,充分考虑了分层扩展过程中邻近铺层的纤维方向和裂纹尖端的纤维搭桥行为的影响,系统研究了碳纤维/树脂体系的细观界面脱粘、两相复合材料界面断裂和疲劳裂纹扩展行为。利用测试方法和断裂力学方法,对碳纤维/树脂界面、层合板及其夹层结构的界面失效行为进行了深入评估。研究结果可为复合材料结构的损伤容限设计和分析提供试验和数值技术依据。首先,微滴脱粘测试的成功率低,微米尺度下界面处应力难以测量,针对上述的难点,本文发展了微滴脱粘虚拟测试方法,分析了组分相材料参数、几何参数以及固化温度对界面强度的影响规律,找到了脱粘失效模式的主控因素。数值模型考虑了在测试过程中纤维自由段的柔性,以及高温固化产生的残余应力,从损伤起始、损伤扩展和摩擦滑移三个典型阶段,分析了微滴脱粘过程中增强纤维和树脂基体界面的应力传递机制及失效机理。讨论了微滴测试损伤判据,为进一步研究纤维铺设方向及纤维搭桥行为对层间断裂韧性的影响规律奠定了基础。其次,基于0°铺层界面性能评估承载能力过于保守这一难点,发展了邻近铺层纤维方向相关的分层断裂韧性表征方法,探讨了分层扩展中产生的纤维搭桥行为及其对断裂韧性的贡献。设计了6种不同铺层界面（4种直线铺层,2种曲线铺层）I型和II型分层试件,采用自动铺丝工艺和热压固化技术完成了试件的制备,比较了不同铺层界面试件的等效刚度。运用修正梁理论（MBT）数据减缩方案对不同铺层界面的I型断裂韧性进行了表征,基于扩展断裂过程出现的“跳跃”现象对R曲线散点进行了过滤,并应用Foote模型和最小二乘法完成了对过滤后R曲线的拟合,得到了一套针对于不同铺层界面的断裂参数。根据特征参数的对比,纤维搭桥程度以及断面分析,深入分析了不同局部铺层界面的分层失效机理。另一方面,应用柔度法分别从NPC和PC实验两个角度,表征并对比了不同铺层界面的II型断裂韧性。再次,基于有限元法和内聚区模型（CZM）,采用三线性牵引-分离准则预测了不同铺层界面的I型断裂行为,表征了有效的层间界面参数,结合实验结果验证了I型分层有限元模型的有效性。同时,根据获取的不同铺层界面的II型断裂韧性,基于双线性CZM表征了II型分层界面的牵引-分离关系,在ABAQUS里重现了不同铺层界面的II型分层断裂过程。同时,建立了含圆形嵌入分层的矩形层合板轴压有限元模型,利用3DDIC技术测量并重构了加载过程中试件表面位移场的变化规律,并通过与有限元结果进行了对比,证明了提出界面模型的有效性,最后,对比分析了不同纤维角度铺层界面对层板轴压承载能力的影响规律。然后,基于DCB-UBM测试方法,建立了CFRP面板蜂窝芯夹层结构的脱粘断裂韧性参数表征方法。结合弯矩比（MR）vs.模态混合比相角（φ）曲线图,选取了有效范围内的MR,完成了对三种MR下两种脱粘扩展方向的静态脱粘实验。利用层合梁理论和J积分法对加强的夹层结构梁进行了分析,推导了刚性层增强5层DCB-UBM夹层试件的能量释放率和模态混合相角的表达式。建立了夹层试件界面裂纹扩展的数值模型,预测了界面裂纹萌生和扩展。基于断裂面法,运用直接法得到CZM模型牵引-分离关系的基本形状及初始参数,并运用反演法获取了基本界面断裂参数。本章可为进一步研究蜂窝夹层结构的疲劳脱粘行为奠定基础。最后,采用DCB-UBM测试技术发展了CFRP面板蜂窝芯夹层试件界面疲劳脱粘性能的评价方法,研究了蜂窝夹层结构的疲劳裂纹扩展行为。分别应用传统的ParisErdogan准则和归一化Paris准则,对疲劳裂纹扩展速率进行了表征。裂纹尖端的模态混合比相角φ可由实验台中对两个臂施加的MR控制。测定了不同模态混合比下的准静态脱粘断裂韧性。选取了三种MR,固定载荷比为R=0.1,在载荷控制模式下完成了疲劳实验。通过拟合的柔度标定曲线测定了疲劳裂纹的扩展长度,分析了疲劳裂纹的扩展机理。