复合材料在航空航天等许多重要结构中得到越来越广泛的应用。连续纤维增强树脂层板是目前先进结构复合材料应用的主体,它的材料性能、损伤破坏机理等成为关注的热点。近年来理论和实验研究表明,层合复合材料的层间薄弱及其相关的损伤失效,严重地影响材料和结构的承载能力,因此采用有效方法改善层间性能、提高层间断裂韧性,具有重要理论意义和应用价值,成为复合材料领域的一个活跃的研究方向。层间添加韧性较好的短纤维可以有效提高层板的抗分层能力,这一点在Hu等人的实验中已经得到证实,但至今相关的理论和试验研究,特别是在层间性能、损伤、增韧机理方面的细观层次研究,还很不充分。本文通过试验、理论分析和数值模拟,基于细观损伤力学,研究纤维增强树脂层板的层间特性、应力传递、损伤和短纤维增韧及主要影响因素。在试验方面,对于碳纤维/树脂复合材料层板试件和层间短纤维增韧试件,进行了层间压剪试验和三点、四点弯曲试验比较研究(第2、4章)。首先,在分析借鉴现有的剪切试验方法基础上,改进试验装置,采用一种双缺口试件压剪试验和基于压剪变形比较的反分析法,确定含或不含Zylon短纤维夹层(interleaves)的碳纤维树脂层板的就位层间剪切强度、剪切模量,观测和分析短纤维夹层的破坏形貌、破坏特点和过程。其次,为了实时显微观测裂纹扩展过程,设计了一种微型弯曲试验器,通过900铺层试件三点弯曲和四点弯曲试验,观测基体横向裂纹的发生发展规律,以及层间短纤维桥联对基体横向裂纹扩展的影响。复合材料层板的力学性能、损伤,应力传递机理十分复杂,需要进行细观层次分析。本文基于细观损伤力学理论,与代表性条件单元(RVE)有限元分析相结合,利用Mori-Tanaka方法研究短纤维夹层的无损弹性性能；考虑纤维杂乱分布特点,用改进的等效各项异性无损非均匀性模型,研究短纤维夹层的损伤和应力传递,预测短纤维夹层在界面和基体开裂损伤情况下的弹性性质及损伤演化过程,与层间剪切试验结果进行了比较(第3章)。试验表明,短纤维夹层增韧主要原因是拉出和桥联过程中的能量耗散。鉴于随机分布短纤维拉出分析的复杂性,本文基于拉出能量的数量级分析证明纤维脱粘过程可以略去,建立了一个简化的拉出／桥联增韧模型和解析法,改进Leung等人的基体剥落准则,考虑基体剥落和纤维随机分布的影响,研究了具有任意倾斜角度的准脆性单根短纤维从脆性基体中拉出的完整过程,通过算例分析了倾斜角度、界面摩擦力、纤维长度等主要参数对拉出和增韧的影响,证明界面摩擦应力和纤维长度存在最佳的桥联增韧组合(第5章)。为了分析损伤的相互影响和损伤层板性能的就位效应,选取正交铺设层板二维代表性体积单元,考虑基体裂纹、层间开裂和纤维断裂三种损伤,将单向拉伸推广到面内外组合位移加载情况,利用有限元数值分析和层间粘结单元,讨论层板损伤演化规律及其对单层板有效刚度的影响。(第6章)最后,应用和推广层板细观损伤演化分析结果,考虑损伤发展过程和损伤间的相互影响,与层间应变失效准则相结合,用层离散有限元法分析飞机结构中典型的加筋壁板低速冲击损伤行为,通过数值模拟证实层间短纤维增韧对于提高层板抗冲击能力的有效性。(第7章)