复合材料加筋壁板作为一种典型的飞机薄壁结构形式,在使用时最常见的失效模式为屈曲失稳。研究表明,复合材料加筋壁板结构在发生屈曲后仍具有较强的后屈曲承载能力,由于其后屈曲失效机理十分复杂,且缺乏准确有效的分析手段,目前工程上对于复合材料加筋结构的设计偏于保守。因此,为了在保证结构安全的前提下,提高结构承载效率,减轻结构重量,迫切需要针对复合材料加筋壁板结构构建能准确预测后屈曲承载能力的方法,并针对加筋结构在各种载荷下的承载特性等结合试验进行研究,为充分利用复合材料的后屈曲承载潜能提供有益参考。此外,复合材料结构在制造和使用过程中容易产生缺陷和损伤,会降低结构的稳定性及极限强度,因此研究初始缺陷特别是分层损伤对复合材料加筋结构的后屈曲承载特性的影响,对于合理制定复合材料结构件缺陷验收标准和修理容限具有积极的指导意义。论文针对复合材料加筋壁板结构在压缩、剪切及弯曲载荷下的承载特性以及分层损伤对结构的影响开展了结合试验的研究,同时也对工程设计中的加筋壁板的轻量化设计技术进行了研究,并结合试验进行了验证。主要工作和研究成果总结如下:(1)系统地研究了复合材料加筋结构后屈曲分析中涉及的层内损伤与扩展模拟、层间分层损伤与扩展模拟和非线性稳定性分析方法。基于复合材料失效准则和断裂状态变量进行材料性能退化,实现了复合材料层内损伤渐进分析;完成了内聚力单元应用于层间分层损伤分析的方法研究,并对内聚力单元的混合模式的分层扩展准则、网格尺寸问题等进行了详细分析;研究了一种改进的Newton-Raphson解法,以改善非线性求解的收敛性。(2)为了准确高效得进行考虑损伤的复合材料加筋壁板渐进损伤分析,系统研究了兼顾精度与效率的渐进损伤分析模型构建和非线性后屈曲高效求解方法。开展了3种失效准则对国产CCF300/BA9916材料的预测能力分析,推荐Hashin准则作为损伤失效判据,该准则形式简洁、分析参数易获取;提出了一种考虑复合材料层合板就地效应及横向应力分量对基体剪切强度影响的改进的Hashin准则,并给出了一种简要的基于表征基体和纤维损伤程度的刚度退化系数的确定方案,并利用试验进行损伤分析模型可行性验证。结合试验从模型单元类型选取、网格尺寸等方面开展了高精度渐进损伤分析模型构建方法研究,对比研究了非线性分析中隐式和显式算法的精度与效率,提出了兼顾求解精度与计算效率的快速建模分析方法,并以典型工型加筋壁板作为算例进行了模型有效性验证。(3)研究了复合材料加筋壁板结构在轴压载荷、剪切载荷和弯曲载荷下的后屈曲承载特性,并对初始筋条和蒙皮胶接界面脱粘损伤对结构承载能力的影响规律进行了研究。在一系列轴压、剪切及弯曲载荷下复合材料加筋壁板破坏试验中计算所得关键部位载荷-应变曲线与试验结果一致,预测的破坏模式和破坏部位与试验结果基本相同。同时,针对初始筋条和蒙皮胶接界面脱粘损伤对复合材料加筋壁板结构在压缩、剪切和弯曲载荷下的后屈曲承载特性进行了详细的研究,并从不同脱粘面积结构的屈曲模态、屈曲载荷、界面分离载荷、破坏载荷等角度得到了不同界面脱粘损伤面积对屈曲载荷和承载能力的影响规律及在后屈曲阶段的扩展规律。(4)针对复合材料加筋壁板结构筋条截面形式及尺寸最大承载能力设计、筋条终止端斜削设计和帽型筋条包覆层设计等飞机结构设计中的工程实际问题,构建了渐进损伤分析模型,研究了其后屈曲承载特性,并利用试验进行了验证。对轴压载荷下的工、J、T型筋条截面形式等相同重量加筋壁板的承载特性,并结合试验对后屈曲损伤机理进行了分析,试验和分析表明,工型壁板破坏载荷最大,其承载效率达到了154536 N/kg;并据此开展了筋条尺寸对承载能力影响的参数化研究,揭示了承载能力随筋条尺寸变化的规律,给出了等重量最佳设计构型,承载效率达到了200362 N/kg。结合试验开展了筋条终止端斜削、包覆层等设计对帽型加筋壁板的后屈曲承载特性影响研究,研究表明,导致加筋壁板破坏的主要直接原因为下缘条与蒙皮间界面胶层的脱粘损伤。基于参数化研究获得了斜削参数对屈曲载荷和承载能力的影响规律,给出了最佳斜削度为120°较之未斜削结构破坏载荷增加了9.2%;提出了包覆层设计方案,并针对该设计对帽型壁板的承载能力的影响进行了分析与试验验证,含包覆层壁板破坏载荷增大了43.4%,包覆层提高了结构的屈曲载荷,增强了筋条与蒙皮间胶层界面的脱粘分离载荷,从而提高了壁板的承载能力。本论文系统地研究了复合材料加筋结构在轴压载荷、剪切载荷和弯曲载荷下的后屈曲承载特性以及界面脱粘损伤对其破坏模式和破坏载荷的影响;针对筋条终止端斜削设计、包覆层设计等加筋壁板工程设计技术对提升结构稳定性的影响进行的评估及方案优化等较为全面的研究工作;所取得的技术成果具有工程实用性,对复合材料加筋壁板结构的后屈曲设计与维修具有重要的工程应用价值。