1、復合材料泡沫夾層結構是先進復合材料的一種結構形式。它具有重量輕、比強度和比剛度高、表面平整、穩(wěn)定性好、隔音與隔熱性及耐腐蝕性好等優(yōu)勢，因此，這種結構在航空航天、交通運輸、運動器材、風力發(fā)電、醫(yī)療器材等領域得到廣泛應用。但是，在工程應用中，復合材料泡沫夾層結構很容易遭受各種外來物體的沖擊，尤其是低速沖擊。這些低速沖擊事件會對復合材料泡沫夾層結構的面板、夾芯及粘結層造成各種形式的損傷。這些沖擊損傷將引起復合材料泡沫夾層結構剛度及強度的急劇下

2、降，從而對復合材料泡沫夾層結構的安全性產生威脅。經過國內外學者的不懈努力，在復合材料夾層結構低速沖擊及沖擊后壓縮性能研究方面已取得了豐富的成果，但是在預測低速沖擊響應、沖擊損傷及沖擊后剩余強度方面還存在一些沒有解決的問題。另外，隨著各種新型復合材料夾層結構的不斷涌現，有必要對其低速沖擊與沖擊后壓縮性能開展研究。
　　 本文回顧了近六十年來國內外研究人員在復合材料夾層結構低速沖擊及沖擊后壓縮性能理論、數值及試驗研究方面的現狀和已取

3、得的一些重要結果，并對目前該領域存在的問題進行了深入分析，對以碳纖維平紋織物層壓板為面板，以PUR泡沫為夾芯的復合材料夾層結構的低速沖擊及沖擊后壓縮性能進行了實驗和數值研究。
　　 主要研究內容包括:
　　 (1)復合材料泡沫夾層結構低速沖擊響應試驗研究。以沖擊能量、沖頭尺寸、面板厚度和夾芯厚度為變量，建立了不同試驗案例，開展了復合材料泡沫夾層結構低速沖擊試驗。采用非接觸式測量系統(tǒng)記錄沖頭的位移和速度及底部面板的變形歷程

4、。測量了試件與沖頭間的接觸載荷、接觸時間、沖擊過程中吸收的能量等沖擊響應，研究了沖擊能量、沖頭尺寸、面板厚度和夾芯厚度等參數對各個沖擊響應的影響。
　　 (2)復合材料泡沫夾層結構低速沖擊損傷研究。采用無損檢測和破壞性檢測相結合的方法對復合材料泡沫夾層結構遭受低速沖擊后出現的損傷類型和損傷狀態(tài)進行了詳細檢測。分析了檢測結果，并確定了低速沖擊對復合材料泡沫夾層結構各成分造成的損傷。通過非接觸式測量系統(tǒng)獲得了各個試驗案例凹坑損傷的直

5、徑和深度，并分析了沖擊變量、夾層板構型參數對凹坑直徑和深度的影響。研究了接觸力-沖頭位移曲線的特征，并與相應的試件損傷信息進行了比較，揭示了復合材料泡沫夾層結構在低速沖擊載荷下的破壞過程。
　　 (3)復合材料泡沫夾層結構沖擊后壓縮性能試驗研究。對低速沖擊試驗后的復合材料泡沫夾層試件以及相應的完好試件進行了單軸壓縮試驗，記錄了受沖擊損傷及完好泡沫夾層板的失效載荷，并通過非接觸式測量系統(tǒng)獲得了損傷面板的三維變形歷程及失效模式。分析

6、了損傷面板的面內應變歷程，揭示了復合材料泡沫夾層試件沖擊后壓縮載荷下的失效機制，并分析了沖擊變量和泡沫夾層板構型參數對沖擊后壓縮剩余強度的影響。
　　 (4)閉孔泡沫力學性能的試驗和數值研究?；谡拿骟w單胞建立了PMI泡沫材料的代表體有限元模型，結合周期性邊界條件，采用線性有限元方法分析了PMI泡沫的彈性性能。將有限元預測結果與試驗結果及其他理論結果進行比較，驗證了模型的有效性。然后，采用驗證后的模型進行參數化有限元分析，研

7、究了PMI泡沫單胞尺寸和孔壁厚度對泡沫有效模量的影響。使用三維失效準則和可壓損泡沫(crushable foam)模型研究了PMI和PUR泡沫的失效及塑性性能。
　　 (5)基于Schapery理論，發(fā)展了碳纖維平紋織物鋪層面內失效漸進損傷模型。該模型采用Schapery理論，考慮由基體開裂、纖維/基體脫粘、纖維褶皺等微損傷擴展造成的材料非線性，并使用塑性理論考慮復合材料面板的面內剪切非線性。模型采用最大應力準則預測平紋織物鋪層

8、中纖維束的斷裂失效。此外，本文還對平紋編織復合材料面板進行力學試驗，測得面板材料的基本力學性能及漸進損傷模型所需要的參數。
　　 (6)復合材料泡沫夾層結構低速沖擊數值研究。基于可壓損泡沫模型和漸進損傷模型，對復合材料泡沫夾層板的低速沖擊進行了三維有限元分析。將有限元預測的低速沖擊響應和沖擊損傷與相應的試驗結果進行比較，驗證了模型的有效性。利用驗證后的有限元模型進行參數化分析，研究面板厚度、沖擊能量和沖頭尺寸對凹坑深度的綜合影響