由于它是一个结构构件，设计者必须首先考虑强度和刚度。构件在外力作用下具有抵抗变形和损伤的能力，但这种能力也是有限的。

如何确定如何使用构件的荷载，不会超过构件的承载能力，是通过材料力学计算得出的。构件的极限承载力是碳纤维复合材料结构设计者需要考虑的问题。

通过纤维与树脂的合理结合，优化纤维排列，用最少的材料满足设计要求，体现了复合材料设计师的精湛技艺。然而，决定复合材料强度和刚度的因素不仅与纤维和树脂的种类有关，还与碳纤维的铺贴方向和层与层的结合有关。

因此，在设计碳纤维复合材料结构构件时，需要考虑三种层次结构的力学性能。

由基体和增强材料组成的单层材料的力学性能取决于组成材料的力学性能、相几何结构（各相材料的形状、分布、含量）和界面区域的性能。

单层材料层压层合板的力学性能取决于单层材料的力学性能和层压几何结构（厚度、层压方向、层压顺序）。

顶层结构是指通常所指的工程结构或产品结构，其力学性能由层板的力学性能和结构几何决定。

稳定性

除了强度和刚度要求外，设计人员还需要考虑组合构件的失稳，特别是对于一些细长杆件结构，在受压时，应能保证其原始的线性平衡状态。对于一些框架结构件，如果铺层不均匀，也会发生翘曲，因此在制造过程中要特别注意。最好采用对称摊铺，防止不均匀变形。

一般情况下，当构件未达到极限荷载时，不允许出现失稳。但是，如果由于某些特殊要求而可能发生失稳，设计过程中应考虑失稳过程不会影响极限荷载。

布局结构

铺筑结构是碳纤维复合材料结构设计的关键。如何将单层结构的优良性能转化为复合结构构件，对铺装结构起到承上启下的作用。复合材料铺面应注意以下几点：

1。树脂是碳纤维复合材料力学性能的短板，因此避免了直接在层间或树脂间加载。也就是说，必须使用0°、±45°和90°的纤维，否则负载将从没有纤维排列的方向撕裂零件。

2.为防止层压板边缘开裂，尽量避免在单一方向重复铺筑层。设计时间最多不超过5层。

3。为防止最外层铺面层剥落，应在构件主荷载方向铺设±45°纤维，但不得铺设0°和90°纤维。另外，避免最外层不连续或不完整。

4。如果采用非对称铺筑，由于同一方向的热膨胀系数不同，每层都会发生翘曲。因此，一般采用对称摊铺。

5。加筋层时，每层至少3.8-6.4mm，附加层也应尽量对称。

连接

在碳纤维复合材料构件的开发中，不太可能采用整体成型技术。如果需要组件和组件之间的连接，则需要设计连接形式。

碳纤维复合材料构件一般有三种连接形式：机械连接、粘结连接和混合连接。机械连接适用于连接件厚度大、可靠性要求高、集中载荷大的场合。粘合主要是用粘合剂把零件连接成一个牢不可破的整体。

混合连接是胶结和机械连接的结合。可提高抗剥离、抗冲击、抗疲劳、抗蠕变等性能。