1、復合材料是一種性能優(yōu)良的新型材料/結構，具有比強度和比剛度高、耐腐蝕、耐摩擦以及密度低等優(yōu)良性能優(yōu)點，因此廣泛應用于大型航空航天、建筑、風力發(fā)電葉片、軌道交通、航海、以及壓力容器等重要工程領域。復合材料結構形式多樣，有常規(guī)單向纖維增強的復合材料層壓板，編織織物增強的復合材料層壓板以及一些混雜結構，例如夾層板。典型的復合材料蜂窩夾層板由兩層剛度較大的復合材料面板和中間的輕質夾芯組成。這種結構的優(yōu)勢是可以大幅度增加結構的抗彎剛度，提高結構承

2、載效率，并且兼具隔音隔熱等附加功能。在實際工程應用中，復合材料結構會受到各種載荷的作用，當載荷集中在局部時，可能會造成局部的損傷甚至被穿透。國內外有學者運用準靜態(tài)壓剪試驗來分析復合材料穿透損傷的演化機理以及局部破壞對整體結構的影響并取得了很好的效果。然而對于不同結構形式的復合材料結構的失效機理研究，還需要更加深入細致的工作，才能為復合材料抗穿透性能的優(yōu)化設計提供支持。
　　本文首先總結了近年來國內外學者在復合材料結構動態(tài)及準靜態(tài)壓

3、剪性能研究中所取得的成果，對理論、數值及試驗方面的現(xiàn)狀進行了總結，并對存在的問題進行了深入分析。本文的主要工作是對碳纖維緞紋織物增強的復合材料層壓板以及以它為面板的蜂窩夾層板的準靜態(tài)壓剪漸進失效機理進行了試驗研究和數值模擬。
　　主要研究內容包括：
　?。?）復合材料準靜態(tài)壓剪試驗研究。參考國外學者所設計的壓剪試驗方法，在其基礎上進行改進，建立復合材料層壓板及夾層板準靜態(tài)壓剪的試驗方法及觀測方案，采集了試驗中壓頭的接觸力-位

4、移曲線，并通過攝像機記錄了試驗件加載背面的變形歷程。本文采用分步特征追蹤的思路來研究復合材料層壓板和夾層板在準靜態(tài)壓剪載荷下的漸進失效過程。具體方法為：在典型的載荷位移曲線上選取代表點，對同一組內相同材料的試驗件加載到不同的載荷水平并卸載，評估不同載荷對結構造成的不同的損傷程度，為裂紋萌生和擴展提供依據。為了得到碳纖維緞紋織物增強的復合材料層壓板的力學性能，開展了一系列基本力學性能測試，為分析復合材料結構提供數據基礎。
　?。?）

5、復合材料準靜態(tài)壓剪失效機理研究。分別利用光學顯微鏡及 X射線斷層成像技術（X-ray Computed Tomography，XCT）對復合材料結構內部的漸進失效演化過程進行追蹤和評估。光學顯微鏡可以提供復合材料截面上的基體裂紋、分層及纖維斷裂的二維分布。該方法直觀可靠，但必須對試驗件進行切割，并且無法得到損傷的空間分布。為了彌補該方法的不足，本文進而采用XCT技術對破壞后的復合材料層壓板及蜂窩夾層板進行了無損掃描，對三維結構進行可視化

6、處理，從而確定了內部損傷形式及分布，直觀地揭示了復合材料結構損傷演化過程。XCT技術是本研究中所采用的一種分析結構內部特性的重要的三維無損檢測方法。
　　（3）復合材料層壓板壓剪破壞數值分析。基于Hashin3D強度準則及剛度的參數折減法，利用ABAQUS中VUMAT用戶自定義功能，建立緞紋織物增強的復合材料層壓板的漸進失效模型。利用試驗得出的載荷位移曲線及觀測到的損傷模態(tài)對有限元模型進行校驗，結果表明，本文建立的有限元模型可以準

7、確的再現(xiàn)試驗中的載荷位移曲線，并且利用該模型進行的數值分析結果在損傷類型、損傷位置、面外變形和破壞模式等方面也與試驗結果非常吻合。復合材料層壓板在壓剪過程中承載形式由局部材料的剪切轉變?yōu)榻Y構的整體彎曲，最終由于纖維剪切及拉伸斷裂而失效。綜上所述，有限元結果能夠準確的復現(xiàn)復合材料結構在準靜態(tài)壓剪過程中的漸進失效歷程。經過驗證的模型將應用于后續(xù)夾層板面板的漸進失效模擬過程。
　?。?）復合材料夾層板壓剪破壞數值分析。分析碳纖維緞紋織物

8、增強復合材料面板/Nomex紙蜂窩組成的夾層板在準靜態(tài)壓剪載荷作用下的失效機理。利用前面已驗證的層壓板的漸進失效模型模擬蜂窩夾層結構的面板，預測夾層板的準靜態(tài)壓剪性能，重現(xiàn)了試驗中的接觸力-位移曲線，并且得到了不同階段的損傷模式。該模型在層壓板的漸進失效模型的基礎上添加了單元刪除功能，用于模擬實際中材料的脫離現(xiàn)象。將數值模擬所得到的損傷模式與試驗所得到的圖像進行比較，結果非常吻合。這說明本文所建立的失效模型合理，可以準確捕捉到壓剪載荷作