2D C/C复合材料因其优越的性能广泛地应用在航空、航天等高科技领域。然而，在材料的制备过程中会不可避免的产生缺陷，如孔洞和微裂纹，这些缺陷对组分材料的力学性能有着显著的影响，从而严重影响着材料的力学性能，因而准确的获得材料的微细观结构特征至关重要。本文运用多种观测方法对材料内部微细观结构进行全面、系统的观测和表征，并以此为基础分析组分材料的力学性能，基于观测划分周期性代表体积单元，运用有限元方法对材料的力学性能和损伤过程进行了分析。首先，运用多种观测方法对2D C/C复合材料进行微细观结构观测和表征。运用传统的观测方法，如金相显微镜、激光共聚焦显微镜和扫描电镜，观测材料的微细观结构特征，根据观测确定纤维束的截面形貌、尺寸以及走向、代表性体积单元的结构和尺寸等等，观测发现基体主要存在于各层碳布之间，纤维束内部和基体中随机分布着孔洞；通过高分辨率Micro-CT对材料进行原位、无损的微观结构观测，观测发现基体内部随机分布着大量的孔洞，孔洞近似呈球形，孔径满足对数正态分布；结合观测的结果对材料进行压汞实验，分析材料内部孔洞的分布，实验测得的结果和观测分析的结果基本一致。其次，基于材料微细观结构的观测信息对组分材料的力学性能进行了分析。假设基体为各向同性材料，运用Eshelby等效夹杂理论和自洽理论预测多孔基体的有效弹性性能，运用多孔介质的强度理论预测出多孔基体的有效强度；假设纤维束为横观各向同性材料，单丝强度服从Weibull分布，运用NASA提出的经验公式预测纤维束的有效弹性常数，运用细观力学强度理论预测出纤维束的有效强度。再次，基于微细观结构的观测建立RVE模型，采用有限元方法分析材料的刚度和强度性能以及损伤过程，并通过宏观实验验证。对宏观试样进行单轴拉伸压缩和双轴拉伸试验，分析其破坏机理；对单胞施加周期边界条件，计算出了材料的有效刚度矩阵，通过宏观实验进行验证；建立组份材料的初始损伤准则和损伤演化方程，对材料进行损伤分析，研究结果表明：拉伸时基体损伤先沿着Z方向后沿着X方向扩展，X向纤维束损伤在弯曲区域沿着Z方向扩展，Z向纤维束损伤沿着X方向扩展，纤维束横向方向损伤过大导致纤维束发生脆性断裂，材料表现为脆性拉伸断裂；压缩时基体损伤沿着各个方向扩展，致使RVE的基体表面出现了大面积的损伤，由于材料第三方向没有增强纤维存在，会出现分层现象，纤维束的直线段和曲线段过渡区域损伤过大导致材料会发生剪切破坏，材料表现为脆性剪切破坏。在单轴分析的基础上进行双轴拉伸分析，基体损伤同时沿着X向和Z向扩展，X向和Z向纤维束的弯曲区域处的损伤沿着各自的横向方向扩展，材料表现出为脆性拉伸断裂；有限元分析的破坏过程和实验破坏机理基本吻合。