碳纤维增强复合材料(CFRP)具有高比模量和高比强度等优异性能,其作为重要的结构材料已经被广泛应用于航天、航空、兵器等国防工业部门的各个领域。在应用中,CFRP材料主要以层合结构的形式来承受载荷;由于复合材料层合结构层与层之间的分层破坏是其主要的破坏模式之一,将导致其结构强度严重降低。针对这一问题,本文结合理论分析、单单元数值模拟研究、静态弯曲实验和CFRP分层破坏数值模拟,研究了典型CFRP材料层合板的分层破坏行为及其力学性能,论文工作和主要结论为:(1)讨论了CFRP材料层合结构破坏机理和损伤破坏模型,包括层内破坏和层间破坏模型,明确了本文数值模拟研究的理论基础。层内破坏模型主要基于经典层合板理论,改进了其原有失效准则,采用可以分别判断纤维与基体失效破坏的Chang-Chang失效准则;层间破坏模型主要基于内聚力模型理论,通过有限元仿真实现层间分层破坏的研究。(2)利用经典的单单元模拟方法,系统研究了混合破坏模型内聚力材料模型的力学特性,讨论了基于内聚力单元模拟界面破坏的参数定义与界面粘聚断裂能等特征参数的对应关系。证明单单元模型能准确表征内聚力模型输入参数和输出参数间的关系。针对纯I型和纯II型破坏下的界面输出参数属性,明确了基于LS-DYNA研究CFRP层合结构分层破坏机理的技术路线。(3)基于数字图像相关方法(DIC)对CFRP层合板进行准静态三点弯曲实验研究,分析其破坏特征和分层机理。通过DIC获得的应变场,能够反映CFRP层合板分层破坏的特征。并且建立了通过DIC应变云图标定CFRP层合板层间内聚力模型强度参数的方法。(4)结合CFRP层合板损伤破坏模型理论,基于DIC测试结果标定内聚力参数,使用LS-DYNA进行CFRP三点弯曲下的分层破坏仿真研究。采用内聚力单元模型建模方法和TIEBREAK接触调用内聚力模型这两种层间建模方法,分别研究了三点弯曲下CFRP层合板分层破坏机理和力学性能。对比研究表明,两种模型均能较为准确地预估极限强度和失效位移,其中内聚力模型方法能准确观测分层萌生时间、扩展趋势和破坏面积。增大I型和II型破坏能量释放率均能改善结构强度,而II型破坏能量释放率对分层影响更为显著。