● 摘要
将树脂基复合材料用于汽车结构，不仅可以提高其比强度和比刚度，而且可以减少零件装配数目和模具数量、提高抗疲劳和耐腐蚀性，目前已成为国际汽车界的研究热点。但是，在产品制造、装配、运输和使用过程中，不经意的冲击可能造成内部的微观裂纹，从而降低其残余力学性能。此外，胶接接头也可能成为薄弱环节。因此，研究含内部损伤的典型车身复合材料及其接头在冲击载荷下的残余寿命，对实现复合材料汽车产业化具有重要意义。
本文以碳纤维增强塑料（CFRP）层合板为对象，首先按照国际标准实验方法，分别进行拉伸、冲击和三点弯曲实验。由拉伸测得初始力学参数后，对不同实验组，先分别进行不同次数的小能量摆锤冲击，再利用三点弯曲实验测试其残余弯曲模量和弯曲强度，由此建立冲击能量、冲击次数与损伤因子的关系。
然后，将损伤因子引入有限元仿真的材料模型，构成退化刚度矩阵，仅用一次计算就可预测多次冲击后CFRP的应力和破坏，并与考虑预应力效果的多次冲击仿真结果进行比较，证明了该方法的有效性。
最后，对接头形式与弯曲特性的关系进行了研究。根据单搭接头的静态三点弯曲实验，修正了CFRP板接头有限元模型和控制参数，在此基础上，计算并比较了其他三种典型接头形式的承载能力及弯曲刚度，分析了胶层面上应力状态。
研究表明：在给定冲击能量下，利用冲击次数N与损伤因子D的关系所建立的预测模型，能有效便捷地预测其残余寿命；接头形式影响CFRP连接件的弯曲刚度和极限载荷；异质材料的单搭接头可能导致胶面层的不均匀应力分布和局部过早开裂。