碳纤维复合材料因其独特的优良性能,被广泛应用于航空航天领域,是复合材料中应用最为广泛的材料之一,也是实现飞行器轻量化设计和制造的关键材料。20世纪80年代以来,飞行器技术得到了很大的提升,人们不仅对复合材料连接件的结构力学性能提出了很高的要求,还对飞机的气动外形、隐身性能等方面提出了要求。复合材料沉头螺栓连接结构不仅可以满足上述要求,其还具有可拆卸性,逐渐受到了更多地关注。本文以碳纤维增强环氧树脂复合材料板与铝合金板多沉头螺栓连接结构作为研究对象,基于有限元仿真方法,对其进行拉伸极限载荷的力学分析和计算,得到了连接参数以及沉头螺栓几何参数对其拉伸极限载荷的影响规律。首先,通过ABAQUS二次开发接口,基于渐进损伤本构模型和Hashin强度失效准则,使用Fortran语言编写VUMAT子程序,对复合材料螺栓孔拉伸试验进行模拟,基于实验结果数据,对仿真结果进行了验证,得到的仿真结果与实验结果数据具有很好的一致性,并探究了其失效模型和机理,观察了有限元模型渐进损伤失效的演化过程,对比了部分实验件裂纹与仿真损伤的分布云图,发现了多处裂纹方向与仿真结果具有很好的一一对应。通过单沉头螺栓连接结构进行分析和计算,得到有效和可靠的结论,确定了使用该本构模型对于沉头螺栓连接结构进行分析的有效性,实现了模型验证。构建了三沉头复合材料螺栓连接结构的有限元模型,详细地介绍了有限元模型构建的过程和方法,选择了合适的网格划分技术对其进行划分,对有限元模型进行了网格收敛性验证,发现随着网格密度的增加,有限元结果逐渐收敛于一条水平直线,进而不断地逼近真实值,证明了所生成三沉头螺栓结构有限元模型的有效性。接着,基于该有限元模型,对三沉头螺栓连接结构的面内极限拉伸强度进行细致地分析和研究。比较了两种常见的不同铺层角度复合材料板结构的面内极限拉伸载荷,探究了铺层对于多沉头螺栓连接结构面内极限拉伸载荷的影响,发现铺层角度的连续变化有助于抑制裂纹的扩展;计算了多种不同分布间距的三沉头复合材料螺栓结构的面内极限拉伸载荷,分析了不同螺栓分布间距对结构面内极限拉伸强度的影响,总结了螺栓分布间距与结构面内强度之间的规律;分析了多种不同端距下结构的面内极限拉伸强度,比较得出了端距对极限拉伸强度变化的规律,随着端距的增加,其结构强度的增加量逐渐降低;研究了多种三沉头螺栓排列方式下面内的极限载荷,分析了其结构的应力分布,计算结果发现当载荷线上的螺栓数量越多,其所能承载的极限载荷越大,接着讨论了各种螺栓排列方式对应的适用场合,以及它们的优劣性能。除此之外,对于沉头螺栓本身的主要几何参数进行分析和设计,研究了沉头螺栓其沉头倾角θ、锪口深度h对于多沉头螺栓面内拉伸极限强度的影响,总结了碳纤维复合材料三沉头螺栓连接结构的面内极限拉伸强度,随其主要几何参数变化的规律。然后分析三沉头复合材料螺栓连接结构面外拉脱的承载能力,通过对不同铺层方式、不同螺栓排列方式、不同螺栓几何参数下的横向面外拉脱极限强度的分析,找到了这些连接因素和几何参数与三沉头复合材料螺栓连接结构面外拉脱承载能力之间的关联和规律,总结了造成这种关联的内在原因。并且在分析过程中,通过分析其损伤分布以及应力分布,对于结构的失效形式以及承载形式进行了论述和讨论。本文通过对三沉头复合材料螺栓连接结构的分析与研究,为提高碳纤维增强环氧树脂复合材料多沉头螺栓连接结构的拉伸力学性能,改进多沉头螺栓连接中螺栓的排列方式以及沉头螺栓主要几何参数提供结果依据和参考。