本文提出并研究了一种新型纤维增强复合材料(简称复合材料)构件——基于快速成型技术的复合材料曲面夹芯板。该构件中复合材料为面层,泡沫为夹芯层,通过参数化设计方法获得构件几何形状,用计算机数控切削、3D打印等快速成型技术精确加工成型。该构件可集成有结构、保温、隔热、发电、感知等众多功能,是实现建筑功能结构一体化的一种新型构件。其可靠的力学性能是保证其众多功能充分发挥作用的基础,先进的加工制备技术是保证其工程应用的关键。本文以复合材料曲面夹芯板为研究对象,开展了典型构件基本力学性能试验、计算分析理论、自由曲面结构工程设计方法、曲面板先进制备技术和工程应用示范等系列研究,主要研究内容和成果如下所述。(1)开展了复合材料曲面夹芯板典型构件受力性能试验。设计了12个不同芯材密度、拱起角度、夹芯厚度以及面层铺层方式的复合材料圆柱曲面泡沫夹芯板,通过弯曲试验研究了上述参数对承载能力及破坏模式的影响,进一步开展了有限元模拟和参数分析,获得了破坏机理和承载力变化规律。研究结果表明,复合材料曲面夹芯板破坏模式与平面夹芯板类似,但破坏机理更为复杂。(2)发展了适用于复合材料圆柱曲面泡沫夹芯板的高阶夹芯板理论分析方法。与有限元分析结果对比表明,该方法能够快速、准确地分析复合材料面层的局部变形、泡沫夹芯的界面应力和横向压缩。在此基础上开展参数分析,研究了局部变形和应力集中的控制因素。(3)提出了自由曲面结构工程设计方法。建立了复合材料圆柱曲面夹芯板内力和变形的简化计算方法,并提出了自由曲面造型复合材料夹芯板有限元参数化建模技术和工程设计方法。(4)研究了复合材料曲面夹芯板先进制备技术前沿。探索地提出了采用3D打印技术制备复合材料曲面夹芯板,并针对不同打印工艺制备的试件开展了力学试验研究其工艺可行性。研究表明,3D打印曲面板时需考虑打印结构的各向异性。(5)基于上述研究成果,建立了复合材料曲面夹芯板的一体化设计流程,并应用于工程示范,完成了大型复合材料曲面夹芯板桥梁封护体系的结构设计及优化。