疲劳损伤是影响复合材料结构服役安全的主要因素之一，高精度的疲劳寿命预测模型直接影响了复合材料结构的设计。目前复合材料的疲劳寿命预测模型有 S-N 曲线模型，剩余刚度模型，剩余强度模型，渐进损伤模型以及能量法预测模型等，其中基于能耗法的疲劳寿命预测研究还不够充分，基于渐进损伤理论的疲劳寿命预测研究目前大多在宏观尺度下进行。本文分别从能量的角度以及细观尺度下运用渐进损伤方法系统地研究了碳纤维增强树脂基复合材料的疲劳力学行为，主要研究工作及研究结论如下：
　　（1）开展了0°、90°和±45°三种铺层的T800/EC230R碳纤维增强树脂基复合材料静拉伸试验和拉-拉疲劳试验。通过静力学试验获得了材料静强度和刚度，在此基础上开展不同应力水平的疲劳实验，建立了 S-N 疲劳寿命预测模型和剩余刚度模型；开展了复合材料疲劳过程中温度变化情况的监测研究，并分析了温升与复合材料疲劳损伤的关系。
　　（2）提出了复合材料疲劳过程中循环迟滞回能与剩余刚度关联模型。为考虑疲劳过程中损伤累积的影响，提出了幂强化修正模型来描述复合材料疲劳过程中的应力应变关系，在此基础上，结合剩余刚度模型，建立了疲劳循环迟滞回能与剩余刚度的关联模型；通过±45°铺层复合材料疲劳试验结果与关联模型循环迟滞回能预测结果的对比，验证了模型的有效性。其中，为考虑幂强化修正模型的系数与应力水平和循环数的关系，分别提出了循环刚度系数下降模型以及描述损伤累积造成的应变偏移量的双对数模型，并以±45°铺层复合材料疲劳试验数据进行对比，验证了这两种模型的准确性；
　　（3）提出了基于能耗法的复合材料疲劳寿命预测模型。通过深入分析复合材料疲劳过程中的能量转化与耗散，建立了考虑循环迟滞回能的疲劳寿命预测模型；结合本文提出的复合材料疲劳过程中循环迟滞回能与剩余刚度关联模型，建立了基于能耗法的复合材料疲劳寿命预测模型。通过对比±45°铺层的复合材料疲劳试验数据，结果显示误差在两倍寿命分散带内，验证了模型的有效性。
　　（4）基于渐进损伤理论，提出了考虑纤维单丝位置随机分布以及纤维单丝强度离散性的细观尺度单向复合材料疲劳寿命预测模型。通过随机碰撞法生成纤维单丝随机分布几何模型，建立了具有周期性边界条件的复合材料细观单胞模型；利用Weibull分布函数表征纤维单丝强度的离散性，建立了基于逐渐损伤理论的单向复合材料疲劳寿命预测模型。以T300/QY8911-IV单向板的试验数据进行验证，结果显示误差在两倍寿命分散带内，验证了模型的有效性。