复合材料因为其较高的比强度、比刚度和优异的可设计性等优良性能,在船舶领域,尤其是船舶上层建筑上得到了广泛的应用。现如今很多船舶为了减轻整体结构的重量,主船体采用传统的钢材建造,上层建筑采用复合材料,由于钢与复合材料两种材料特性差异较大,不能采用焊接连接,此连接区域的结构形式大多为机械连接,典型的连接接头形式有L型和π型两种。其中L型连接接头是直接通过螺栓固定于钢质甲板上,在甲板上开孔破坏了甲板的水密性和强度,而且接头折角处易发生应力集中破坏。而π型连接接头是将复合材料平板放置于两个平行扁钢内,通过螺栓连接,主要依赖螺栓剪切承载,开孔区域易发生破坏,从而导致螺栓松动或局部结构破坏引起连接结构失效。由此本文针对这两种玻璃纤维增强复合材料(以下简称“复合材料”)机械连接典型连接结构展开了试验和仿真研究,同时设计出一种新型L型连接接头及加强方案,并对此类连接接头进行试验和有限元分析验证,结果表明加强后L型连接接头较原L型和π型连接接头的连接强度更高,具有较强的实用性。本文具体研究内容如下:(1)对于复合材料单螺栓连接结构,结构几何参数如端径比、宽径比、螺栓-孔配合间隙、接触面摩擦因子以及螺栓预紧力等都会影响连接结构的破坏模式和强度,根据复合材料渐进损伤理论,本文通过有限元分析研究了这些因素对单螺栓连接结构破坏模式和强度的影响规律。(2)复合材料上层建筑与甲板机械连接结构多为π型连接接头,基于此连接结构,本文通过试验和有限元仿真研究单螺栓和双螺栓π型连接接头在拉伸载荷下的极限承载能力及相应的破坏形式,并分析几何参数如端径比、宽径比等对连接接头强度的影响。(3)针对L型、π型连接接头的弊端,设计出一种新型L型连接接头。本文通过试验和有限元仿真相结合的方法研究此类新型L型连接接头在拉伸载荷下的极限承载能力,基于接头的破坏形式设计局部加强方案,并进行试验和有限元仿真验证,结果显示加强后L型连接接头极限承载能力大幅提高。