● 摘要
先进碳纤维增强树脂基复合材料自上世纪六十年代发明以来，由于其高的比强度和比刚度、良好的抗腐蚀/疲劳性能以及可设计性强等优点，在飞机结构中的用量日益增大，使用部位也逐渐由次承力结构向主承力结构转变。随着对结构承载能力要求的提高，为保证结构安全，对复合材料结构的损伤容限提出了更高要求。
低速冲击是复合材料结构损伤容限考虑的主要问题，复合材料结构在遭受低速冲击之后，除在表面留下永久凹坑之外，还会在内部形成各类不可见的损伤，大幅降低结构的承载能力，因此复合材料结构的抗冲击损伤问题一直是业界关注的重点。目前虽然对复合材料结构的低速冲击进行了大量研究，但仍然存在许多不足。为提高复合材料在实际工程中的应用水平，尤其是在损伤容限方面，论文针对复合材料抗冲击损伤的相关问题开展了进一步的研究。总体说来，论文主要研究工作归纳如下：
1) 对航空结构中常用的几种复合材料体系的多组层板进行低速冲击试验，从表面永久凹坑、内部损伤、冲击响应、能量耗散等多个角度对复合材料层板的抗冲击损伤性能进行分析，对比了层板厚度、材料体系、铺层、冲头直径、表面防护层等多个因素的影响，从而可为全面评价复合材料层板的抗冲击损伤性能提供指导。
2) 利用更易控制和试验结果分散性更小的准静态压痕试验方法对复合材料层板在集中横向载荷下的损伤过程进行了研究，其中通过采用T300、T700两种碳纤维和具有不同韧性性能的两种树脂的四组层板的不同试验结果的对比分析了组分性能的影响；对复合材料层板准静态压痕与低速冲击试验结果进行了比较，在此基础上进一步探讨了静压痕峰值载荷能量与冲击拐点能量之间的关系。
3) 基于各向异性弹塑性理论建立有限元模型对复合材料层板的永久凹坑及内部损伤进行模拟，材料模型中引入了纤维断裂以对较大深度的永久凹坑进行模拟，有限元模型的模拟结果较为成功地对多个复合材料体系层板的永久凹坑在较大冲击能量范围下的变化进行了预测，证明了模拟分析方法的有效性。
利用试验和有限元方法相结合对实际工程中大量应用的复合材料加筋板的抗冲击损伤性能进行了研究，分析了筋条的存在对加筋板冲击损伤结果的影响；加筋板有限元模型仅在冲击点附近进行了局部细化以节省计算成本，各组加筋板永久凹坑的分析结果与试验具有较好的一致性，冲击响应的模拟结果也能反映出不同因素的影响。