碳纳米管以其优异的力学性能被广泛用于复合材料中。纳米尺度碳纳米管增强相的添加,使得基体与碳纳米管之间的界面问题凸显。界面力学性能与碳纳米管有序排布一并成为影响碳纳米管复合材料力学性能的重要因素。本论文将碳纳米管复合材料作为研究对象,分别进行材料有效模量预测、材料纳米结构失效破坏过程分析和复合材料宏观失效过程研究。具体展开工作如下：1.采用软件ABAQUS中Python脚本,建立位移边界条件下包含碳纳米管、基体、界面三相的正四边形代表性体积单元模型,以复合材料细观力学作为理论基础,对碳纳米管复合材料的有效模量进行预测。与传统单向载荷方法结果进行了对比,证明了本论文方法的可行性。并分析了界面厚度、界面弹性模量、碳纳米管长径比对碳纳米管复合材料有效模量的影响。2.研究碳纳米管复合材料纳米结构失效破坏过程,采用ABAQUS中内聚力单元以及用户自定义场技术,建立了碳纳米管复合材料纳米结构模型。分别对复合材料施加横向载荷、纵向载荷,试图对在单向载荷下碳纳米管复合材料进行强度预测和失效过程分析。结果表明：在承受横向载荷时,起始损伤区域源自与载荷方向相同的界面处,进而逐步扩展至与横向载荷方向垂直的靠近碳纳米管的基体,碳纳米管间距较小的基体部分将会优先失效,随着载荷的增大,失效区域不断平行扩展,最终失效区域呈“一”字型垂直于横向载荷方向分布：在承受纵向载荷时,基体的承载能力变得十分有限。碳纳米管性能成为复合材料纵向性能的决定性因素。3.采用材料有限退化方法研究复合材料宏观失效过程,以纤维增强复合材料NOL环为例,以宏观强度准则蔡吴准则作为复合材料失效准则,建立有限元模型模拟；进行NOL环拉伸试验与有限元模拟结果对比。结果表明：NOL环在拉伸载荷下的失效过程比较复杂,不同于薄板碳纤维复合材料的单一方向失效过程；有限元模拟与NOL环拉伸试验所得的拉力-位移曲线较为吻合,证明了有限元方法的可行性及其工程意义。