結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是碳纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，要提高碳纖維復(fù)合材料性能就必須千方百計(jì)地提高其比強(qiáng)度和比剛度。提高這兩者性能主要有兩個途徑，一是合理地選擇材料和制造工藝；一是合理地承載。對后一方面更多依賴于設(shè)計(jì)人員的水平和才智。怎樣在保證安全可靠的前提下，設(shè)計(jì)出更輕的合理復(fù)合材料受力結(jié)構(gòu)，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的職責(zé)。

由單向板鋪疊固化而成的層壓結(jié)構(gòu)是目前復(fù)合材料的主要形式，單向板呈現(xiàn)強(qiáng)烈的正交異性（沿纖維方向的纖維和垂直于纖維方向的性能差別很大），可以在不同的方向鋪設(shè)不同比例的單向板，以滿足結(jié)構(gòu)平面內(nèi)所需方向性能的要求。設(shè)計(jì)出的復(fù)合材料可以是各向同性，也可以是各向異性，可以是對稱平衡，也可以是非對稱平衡。這給了設(shè)計(jì)人員更為自由的設(shè)計(jì)空間，使設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)過去用各向同性的金屬材料無法實(shí)現(xiàn)的夢想。利用碳纖維復(fù)合材料的低密度進(jìn)行等價設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)減重目標(biāo)，是早期的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)勢。當(dāng)然各向異性也給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析和制造增加了困難。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為相互關(guān)聯(lián)的兩個層次，即復(fù)合材料設(shè)計(jì)（相當(dāng)于材料設(shè)計(jì)）和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，前者主要是設(shè)計(jì)復(fù)合材料本身性能，例如在復(fù)合材料的強(qiáng)度、剛度及膨脹系數(shù)等，后者是設(shè)計(jì)制件結(jié)構(gòu)的性能，例如結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度、穩(wěn)定性和振動等。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要通過結(jié)構(gòu)選材、確定設(shè)計(jì)許用值（許用值：在一定載荷類型和環(huán)境下，主要由試樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按著規(guī)定要求統(tǒng)計(jì)分析后確定的，具有一定置信度和可靠性的材料性能表征值。設(shè)計(jì)許用值：為保證整個結(jié)構(gòu)的完整性，根據(jù)具體工程項(xiàng)目要求，在材料許用值和代表結(jié)構(gòu)典型試樣、元件、典型結(jié)構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果及設(shè)計(jì)與使用經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上確定的設(shè)計(jì)限制值。）、結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、工藝篩選、質(zhì)量保證以及采用驗(yàn)證試驗(yàn)等措施來實(shí)現(xiàn)。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟主要有以下幾個部分。

1）結(jié)構(gòu)選材除了考慮基本性能、工藝性和成本因素外，根據(jù)部件的設(shè)計(jì)要求，主要需要考慮材料體系的韌性（如沖擊后壓縮強(qiáng)度和損傷阻抗等）和.高使用溫度等環(huán)境因素。

2）確定設(shè)計(jì)許用值采用所需結(jié)構(gòu)件的典型鋪層和厚度，通過試驗(yàn)確定設(shè)計(jì)許用值。重點(diǎn)是確定鋪層層壓板試樣的沖擊后壓縮破壞應(yīng)變、開孔拉伸破壞應(yīng)變及連接許用值，同時應(yīng)考慮濕熱影響和分散性等，必要時還應(yīng)該給出有關(guān)的疲勞性能和動態(tài)性能。由于通常認(rèn)為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的缺陷是無法避免的，而且初始缺陷對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有嚴(yán)重的影響，即使是用于靜強(qiáng)度校核的設(shè)計(jì)許用值也必須考慮初始缺陷的影響。

3）根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，包括外形和外部載荷等，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。必要時，要進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型試驗(yàn)，以確定.佳的結(jié)構(gòu)形式，對關(guān)鍵部位應(yīng)該考慮抵抗外載的能力。

4）典型結(jié)構(gòu)件和含結(jié)構(gòu)件關(guān)鍵特性的組合件驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)該從簡單到復(fù)雜，通過積木式驗(yàn)證試驗(yàn)方法，分階段驗(yàn)證所選擇的關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)形式能滿足規(guī)定的設(shè)計(jì)要求。

5）全尺寸部件的驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)部件是否滿足結(jié)構(gòu)完整要求。