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碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)因具有可回收性,高抗冲击性,较高的减振特性、断裂韧性和后成形性等优点,在复合材料的性能持续提升、重量持续降低以及可持续发展等方面表现出巨大的应用潜力。复合材料结构在生产、使用乃至后续维修过程中都有被物体冲击产生损伤的风险,因此,开展CFRTP在低速冲击过程中的力学响应和损伤机理、能量的转化与吸收、冲击后剩余性能等方面完整且系统性研究,对于CFRTP工程应用及低速冲击损伤预测具有重要的研究意义和工程应用价值。据此,本文围绕CFRTP低速冲击性能研究,做了以下三方面的研究工作:(1)基于现有纤维增强复合材料损伤模型,构建了 CFRTP层合板的损伤模型,采用有限元模拟方法分别研究了冲击能量、冲头重量和冲击速度对CFRTP的力学响应、能量响应、冲击损伤和冲击后压缩强度的影响。研究结果表明,冲击能量增大,CFRTP层合板的损伤程度、损伤范围、冲击持续时间相应增大。在较低冲击能量下层合板主要以弹性变形的方式转化和吸收冲击能量,而在较高冲击能量下则主要以塑性变形和损伤的方式吸收冲击能量。CFRTP层合板的剩余压缩强度随着冲击能量的增加而不断降低,但下降幅度逐渐趋于缓和。在冲击能量不变的前提下,改变冲头重量与冲击速度只影响冲击过程的持续时间,对复合材料层合板结构冲击损伤特性几乎没有影响。(2)采用有限元模拟方法分别研究了铺层角度、45°子层数量与位置对CFRTP力学响应、能量响应、冲击损伤和冲击后压缩强度的影响。研究结果表明,在0°铺层中加入45°铺层能够增大CFRTP层合板的应力传递面积,有效降低损伤和塑性变形的程度,提高层合板的抗冲击性。随着45°子层数量的增加,CFRTP层合板的抗冲击性随之增加,但变化幅度有所降低。当45°子层数量为2对时,其抗冲击性变化不再明显。在保持45°子层数目不变,只改变其位置的情况下,[45/0/0/0]s具有较高的压缩强度保留率49.3%,即45°子层越靠近层合板中间平面,压缩强度保留率越低,抗冲击性越差。但即使是压缩强度保留率最低的[0/0/0/45]s层合板,其压缩强度保留率(43.0%)依然高于[0]8层合板的压缩强度保留率(39.0%)。(3)采用有限元模拟方法分别研究了面板性能、冲击能量、冲击次数对CFRTP蜂窝夹芯板的力学响应、能量响应、冲击损伤和冲击后压缩强度的影响。研究结果表明,以45°铺层CFRTP层合板为面板的蜂窝夹芯板的压缩强度保留率高达53.6%,并能够吸收超过80%的冲头动能,其中塑性变形吸能占比大于60%。与CFRTP层合板不同,当蜂窝夹芯板承受的冲击能量超过其弹性变形极限时,不仅表现为部分冲击能量在塑性变形、损伤的产生和演化、摩擦和体积阻尼中消散,而且呈现出蜂窝芯层阻碍面板回弹导致的部分弹性能量保留。相同冲击能量下,冲击次数越多,蜂窝夹芯板的损伤程度越高。相同的总冲击能量下,多次低能量冲击比单次高能量冲击的损伤程度小。在1J冲击能量下,与第一次加载的凹坑深度(0.94 mm)和剩余压缩强度保留率(68.1%)相比,第二次加载和第三次加载的凹坑深度分别提高了 0.46和0.78 mm,剩余压缩强度保留率分别降低了 9.3%和11.9%。