复合材料由于其优秀的比刚度和比强度,在工程领域中有着广泛的应用,相对于传统的金属材料,复合材料不仅更轻,而且具有较好的抗疲劳、抗腐蚀能力,被视为航空航天等先进工业领域未来发展的关键性材料。复合材料虽然成型简单,性能优秀,但在加工和使用过程中可能会积累各种类型的损伤,这些损伤会影响材料本身的力学性能。因此对于复合材料中的损伤检测,以及在此基础上更进一步的对材料剩余力学性能（剩余刚度,剩余强度,剩余寿命）的评估就显得尤为重要。准确的损伤检测以及性能预测不仅能大大提高结构的安全系数,还能延长结构的服役时间,产生直接的经济效益。本文结合了复合材料中常用的无损检测技术,从理论层面出发,提出了多种适用于普通复合材料层合板和带孔复合材料层合板的损伤扩展和累积模型,结合有限元方法等数值方法对无损伤复合材料层合板和受损复合材料层合板的力学性能进行了研究,主要内容和创新点包括:1.机械钻孔引入的分层损伤对层合板静拉伸强度影响的研究:构建了基于连续介质损伤力学的复合材料静强度分析有限元模型,针对不同的损伤形式采用了相对应的损伤起始准则,其中针对层内损伤,根据组分材料性质的不同（纤维和基体）以及载荷的不同（拉伸载荷和压缩载荷）使用了四种对应的准则判断损伤的起始行为,针对层间损伤形式,即分层损伤,采用了与基体拉伸失效类似的准则,结合基于能量原理的能量释放模型判断材料的最终失效。本文应用该模型分析了带孔层合板的静拉伸强度,并结合超声C扫技术,研究了钻孔过程中引入的分层损伤对静拉伸强度的影响。2.基于单元局部信息的单积分点疲劳内聚力单元研究:在传统静态内聚力模型的基础上引入Paris定律,使其具备模拟疲劳裂纹扩展的能力,提出了一种基于单元局部信息的裂纹尖端单元定位方法,显著提升了疲劳特征长度的计算精度。同时还提出了裂纹尖端单元应变能修正方法,显著改善了疲劳内聚力单元的网格依赖性,使其能够在和静态内聚力单元相类似的单元尺度下得到合理的疲劳分析结果。3.基于非单元局部信息的多积分点疲劳内聚力单元研究:针对多积分点单元的特性,使用了基于非局部信息的裂纹尖端单元定位方法,并提出了一种新型的单元裂纹扩展速率计算方法来达成应变能修正的目的,同时还采用了动态疲劳特征长度,使得单元本身能够实时的判断裂纹扩展方向并结合单元的尺寸来计算更加准确的疲劳特征长度,除此之外,作者还提出了一种疲劳裂纹起始模型。结果表明,该内聚力单元模型能够在准静态分析和疲劳分析中同时达成更好的计算精度和更广的在三维复杂模型中的适用性以及能被应用于分析疲劳裂纹起始问题。4.带孔层合板的疲劳寿命研究:使用上述疲劳内聚力单元模型对带孔复合材料层合板进行了有限元建模,根据X光CT结果,在层合板有限元模型的关键损伤区域插入疲劳内聚力单元用于同时模拟基体裂纹和分层损伤的起始和扩展。对两种不同铺层顺序的IM7/8552层合板的疲劳寿命进行了预测,并且初步研究了在引入额外分层损伤（钻孔分层损伤）情况下疲劳寿命的变化。5.基于激光Lamb波的复合材料层合板疲劳寿命预测模型:根据普通层合板在周期载荷下的三种主要损伤形式,本文提出了一个基于纤维断裂,分层损伤和基体裂纹在周期载荷下积累的刚度退化模型。同时对层合板中Lamb波波速对层合板的刚度变化的灵敏性进行了研究,选择了低频S₀模态相速度作为疲劳损伤积累的判断标准,结合激光超声技术测量层合板中的Lamb波波速,根据波速的衰退速率对层合板中的疲劳损伤积累进行了评估,实现了复合材料层合板疲劳损伤的原位非接触检测并预测了剩余疲劳寿命。