随着制备工艺的完善和结构设计水平的提高,复合材料在飞行器结构中的使用部位逐渐从次承力结构向主承力结构过渡,由此出现了大量厚层合板结构,采用现有建模方法分析厚层合板结构会带来有限元模型规模大、计算效率低等问题,因此复合材料厚层合板的快速计算和初步优化方法研究成为工程实际中需要关注的问题。目前对于厚层合板快速计算的研究主要基于三维等效弹性常数理论,该理论以子层为研究对象,将厚层合板等效为三维各向异性体。但是对理论中子层的划分依据尚不明确,此外,关于厚层合板的初步优化设计还没有相关研究。本文的研究对象是复合材料厚层合板,基于三维等效弹性常数理论,采用数值仿真和试验研究相结合的方法,通过厚复合材料悬臂梁和三点弯曲复合材料厚层合板算例,研究了子层的划分依据和等效模型层间应力的计算精度。开展了复合材料厚层合板三点弯曲试验,获得了各组试验件的载荷-位移曲线和典型破坏模式。采用等效模型对三点弯曲试验件进行了数值分析,并与试验结果进行对比,进一步研究了等效模型的适用范围。以厚层合板刚度和层间强度为约束条件,采用Isight集成Matlab和MSC.Patran/Nastran等软件,建立了适用于厚层合板的优化分析方法,通过四边简支正方形厚板和变截面厚壁方形管悬臂梁算例表明该方法具有可行性,可以为工程设计提供参考。