复合材料具有比强度高、比刚度大、可设计性强等许多优点,在航空航天、桥梁工程等领域得到了越来越多的应用。对于复合材料层合板结构,当承受压缩载荷时,通常情况下失效模式为屈曲,并且在屈曲之后仍然具有很大的承载能力,即后屈曲强度。因此,为了提高复合材料层合板结构的使用效率和承载能力、确保结构安全,本文对层合板结构的屈曲和后屈曲行为以及铺层顺序优化方法进行了研究,主要内容如下:(1)建立了复合材料层合板屈曲分析模型,开展了特征值屈曲和非线性有限元屈曲分析,并在非线性屈曲分析时引入渐进损伤分析方法,以此来准确预测极限强度、损伤形式和扩展过程。模型中采用Hashin准则作为层合板的失效判据,渐进损伤分析通过建立Camanho刚度退化模型并编写了USDFLD用户场变量子程序来实现。通过对层合板的稳定性分析,计算出临界载荷和屈曲模态,并与四边简支矩形层压平板的屈曲载荷理论解进行比较,验证了有限元模型的有效性,进一步研究了有限元分析时边界条件和刚度退化等因素对后屈曲分析的影响。(2)为提高层合板的屈曲载荷和极限强度,在层合板模型的基础上增加筋条,开展了加筋板的屈曲和后屈曲分析。模型考虑脱粘破坏,蒙皮和筋条之间的连接界面采用Cohesive界面单元来模拟。分析发现:引入刚度退化模型,利用Cohesive单元考虑脱粘,可以更加真实地模拟加筋板的后屈曲承载力和破坏过程;对于本文a/b=1的方形板多在四个角部和筋条中部发生基体拉伸破坏;改变筋条的高度,会改变屈曲模态与最终的失稳形式,在一定范围内增大筋条高度,可以提高屈曲载荷和极限强度;增大筋条高度对极限强度的提高更显著。(3)为了提高屈曲载荷,本文基于遗传算法和随机正态分布优化算法,以轴压复合材料层合板屈曲荷载为目标函数,开展铺层顺序优化设计。采用MATLAB语言编写两种优化算法程序,对不同铺层数和边界条件的对称层合板进行铺层顺序优化。结果表明:采用整数编码,罚函数处理约束条件的遗传算法能够优化层合板铺层顺序问题;随机正态分布优化算法计算结果与遗传算法结果一致,最优铺层的屈曲荷载明显提高;随机正态分布优化算法更简单实用、易收敛,更适用于层合板的铺层顺序优化设计的工程应用。