复合材料因其优越的力学性能以及经济效益,被越来越广泛地应用在航空领域。目前,航空领域的复合材料结构已经从一些次承力结构过渡到了主承力结构。长桁蒙皮连接结构是复合材料加筋壁板结构的基本组成部分。长桁与蒙皮之间的连接界面强度相对于复合材料本身强度较低,在结构承受外载荷时,该处容易率先发生界面损伤失效进而影响整体结构承载性能。所以连接界面性能对于结构整体性能起着至关重要的作用,关乎到复合材料整体结构的安全寿命。对复合材料加筋壁板长桁与蒙皮连接界面的失效过程以及失效机理分析对于航空复合材料结构的应用十分重要,有助于开发复合材料应用潜能。本文结合工程技术需求,以飞机碳纤维增强复合材料舱门中长桁蒙皮典型结构作为研究对象,针对其界面分层的典型失效模式,对其在特定载荷作用下的承载特性、失效过程以及失效机理展开试验研究与有限元仿真分析。本文的研究内容如下:本文开展了飞机舱门工型长桁蒙皮结构的拉脱性能研究。通过拉脱试验研究,获得结构的拉脱承载特性,发现结构拉脱破坏模式为长桁外缘内铺层发生层间界面分层。建立了基于内聚力单元的三维拉脱有限元模型,仿真结果与试验一致性较好,验证了模型的有效性,并揭示了结构的各个界面失效过程与拉脱失效机理。有限元模型考虑了由于共固化工艺带来的部分界面强度较高的特点,针对拉脱试验中出现的铺层撕拽问题进行了分析。同时针对有限元结果中填充区附近分层与试验结果存在的差异进行了细致的探讨,认为这种差异是由于制造工艺缺陷带来的,其填充区结构复杂性而引起的。同时,本文也开展了飞机舱门工型长桁蒙皮结构的侧弯性能研究。通过侧弯试验研究,获得结构的侧弯承载特性,发现结构侧弯破坏模式为长桁腹板受拉侧倒角发生层间界面分层,同时由于复合材料单层铺层较薄,分层会伴随着分层跃迁现象。利用拉脱性能研究中验证的模型参数,同时考虑了侧弯载荷作用下结构受拉侧铺层存在的多组界面分层行为,建立了基于内聚力单元的三维侧弯有限元模型,仿真结果与试验一致性较好,验证了模型的有效性,模拟了各个失效界面的失效过程,揭示了结构的侧弯失效机理,并对结构侧弯分层位置进行了探讨。本文的研究成果可为复合材料加筋壁板长桁蒙皮结构设计以及工程应用提供理论依据与试验参考,可为该结构的有限元分析提供仿真思路以及方法。