与传统碳纤维增强复合材料相比，碳纳米管/碳纤维多尺度增强复合材料具有高界面强度及界面韧性等优异的力学性能，对航空航天及其它高科技领域的发展具有潜在的应用价值。然而对于这种多尺度复合材料界面失效机理(碳纳米管从碳纤维表面剥离以及碳纳米管从基体中的倾斜拔出)的研究目前国内外尚处于起步阶段。本文采用实验与理论相结合的方法对上述两种失效机理进行了深入研究，从而为这种多尺度增强复合材料的应用奠定实验和理论基础。定量地确定了碳纳米管与碳纤维之间的接枝力。对于采用化学接枝法得到的碳纳米管/碳纤维多尺度增强体，实验结果表明碳纳米管与碳纤维之间存在较大幅度的接枝强度(5-90MPa)。理论分析结果表明一部分碳纳米管与碳纤维之间的作用类型为较弱的范德华作用，而另一部分碳纳米管与碳纤维之间的作用类型为较强的化学键合作用。对于采用化学气相沉积法得到的碳纳米管/碳纤维多尺度增强体，实验结果表明在碳纳米管与碳纤维之间同样存在很强的接枝力，并且足可以使碳纳米管拉断。建立了碳纳米管从碳纤维表面剥离的连续介质理论模型。在此模型中主要探讨了碳纳米管与碳纤维之间的作用类型、夹角对剥离力的影响规律。对于化学接枝法得到的增强体来说，碳纳米管与碳纤维之间的结合主要通过范德华作用以及化学键合作用，结果表明化学键合作用是引起较大剥离力的主要原因，是范德华作用的20倍。通过拟合实验数据发现碳纳米管曲率半径与夹角之间呈权函数关系，这个关系决定了以下作用规律：当夹角逐渐增加或减小时，碳纳米管与碳纤维之间的有效作用长度相应地减小或增加。当夹角大于某一临界值时，碳纳米管与碳纤维之间的界面呈现正应力破坏(正应力首先达到最大值)；当夹角小于某一临界值时，碳纳米管与碳纤维之间的界面呈现切应力破坏(剪应力首先达到最大值)。对于碳纳米管而言，切向破坏的剥离力大于正向破坏的剥离力。建立了碳纳米管从基体中倾斜拔出的连续理论模型。在这个模型中，建立了碳纳米管旋转角与倾斜角之间的关系。探讨了碳纳米管的弹性模量、倾斜角度、与基体的界面强度、与基体的摩擦系数以及基体的压缩强度对旋转角与倾斜角之间关系以及拉拔载荷-位移曲线的影响规律。结果表明，摩擦系数对旋转角与倾角关系的影响可以忽略。当倾斜角度一定时，旋转角随着碳纳米管与基体界面强度的增加、基体压缩强度的增加以及碳纳米管弹性模量的减小而增加。碳纳米管的最大拉拔载荷不受其弹性模量的影响，然而碳纳米管的最大拉拔位移会伴随着弹性模量的减小而增加。最大拉拔载荷与最大拉拔位移随着基体的压缩强度以及摩擦系数的增加而增加。