随着材料科学技术的不断发展,新型复合材料不断出现并被广泛应用于诸如航空航天、海洋工程、能源运输、体育器材等工程领域。树脂基纤维增强型复合材料具有强度比、刚度比高,重量轻、抗腐蚀和材料性能可设计性等优点,在工程结构上得到广泛应用。同时其材料力学所具有的各向异性、纤维与基体之间的不连续性、单层之间性能较低以及使用过程中出现的大变形、物理非线性等问题受到了研究者的重视,开展了广泛的研究讨论,涉及静态强度、屈曲、动力学方面的振动特性、冲击动力屈曲、损伤破坏现象等问题。本文以工程应用中基本结构形式直杆为研究对象,应用现代复合材料力学和结构力学的基本理论,对树脂基纤维增强型复合材料层合梁的动力特性分别从理论探讨、实验分析和数值仿真三个方面做了研究工作。采用能量有限元方法,基于Timoshenko梁理论考虑了横向剪切和转动惯性,建立层合梁振动能量密度平衡方程,通过有限元方法求解以能量角度分析振动能量的传播和分布特点;采用接触力概念处理层合梁构脱层界面处的贯穿现象,讨论脱层端面处能量的传播和脱层对能量分布的影响;建立轴向冲击载荷作用下层合梁的动态屈曲性能的实验研究模型,分析脱层损伤、铺层角度和初始缺陷对动态屈曲的影响,并通过有限元数值仿真模型对层合梁中脱层损伤的发生扩展进行预测分析,得到了有意义的结论和具有工程应用价值的数值分析模型。本文的主要工作包括以下几个方面:通过全面回顾和总结纤维增强型复合材料结构的振动特性、冲击动力屈曲和损伤问题的研究进展。对该领域内的研究历史、主要方法、热点问题做了详细的阐述,在前人研究工作的基础上确定了本文的主要研究内容。首先基于Timoshenko梁理论建立了复合材料层合梁受横向激励时的运动平衡方程,考虑了转动惯性、剪切效应的影响,根据功率流理论建立梁中弯曲、压缩能量密度与功率流的导数关系式,由微元体中能量稳态时对时间导数为零的特性建立了和傅立叶热传导方程类似的二阶偏微分平衡方程。对此方程可方便的采用Galerkin加权残值法得到微分方程的弱积分方程,采用传统有限元技术对结构进行离散和求解。通过两端简支的单跨梁中部受横向激励的模型分析,并与通用有限元软件ABAQUS计算结果进行了对比,结果得到能量有限元方法在中、高频段激励时对结构中振动能量密度与有限元计算的平均值结果具有很好的一致性,并且分析了不同铺层角度的层合梁振动能量分布的特点。在此基础上,对不同角度连接的连续梁结构采用能量有限元方法分析振动能量分布,根据连接处内力平衡和位移连续条件推导得到了能量流在连接节点处的透射与反射系数,从而根据功率流传播的矢量特性和能量密度之间的物理关系得到连接处的节点耦合关系矩阵,从而对离散的能量密度平衡矩阵方程进行组建求解得到连续梁中振动能量密度的分布。引入了透射损耗系数来考虑连接节点处能量传递时的损耗问题,讨论了不同铺层角度和连接角度对投射系数的影响,结果发现能量流在同质材料的梁之间传播时损耗较低,并且随连接角度的增加能量传递损耗增加。最后对空间连续连接的梁的横向振动进行了分析,并与FEM计算结果做了对比。对含有脱层损伤的复合材料层合梁横向振动问题,采用分区模型考虑了横向转动惯性和剪切效应的影响建立运动控制方程,引入界面力p ( x ,t )对控制方程特殊处理从而避免脱层处子层界面之间的穿透、贯穿现象。根据脱层端面处位移连续条件和内力平衡条件得到了不同弯曲波、压缩波在端面处的反射和透射关系,通过透射系数、反射系数与频率的关系曲线的分析发现临界频率是梁中能量流传播的重要分界点,反射和透射现象在临界频率上下呈现不同的传播特性。此外分析了脱层在梁厚度上的位置对能量流传播的影响,以及脱层对梁振动能量密度的影响。对纤维增强型复合材料层合梁受轴向冲击载荷作用下的动力响应和动态屈曲问题进行了实验研究。以环氧树脂-玻璃纤维采用手工铺层方式制造复合材料层合板,通过预埋薄铜箔模拟了脱层损伤,经切割加工成特定尺寸的细长梁,采用杆-杆类轴向碰撞模型以空气动力枪使子弹获得初始速度撞击复合材料层合梁,采用动态数字应变仪和示波器记录梁中特定位置上的应变时程曲线,基于B-R屈曲准则思想对冲击速度与梁应变的关系曲线进行屈曲判别。讨论了脱层损伤、初始缺陷和铺层方式对层合梁轴向冲击动力屈曲的影响。对冲向冲击载荷作用下的复合材料层合梁损伤问题进行了实验和数值仿真分析。采用商用有限元软件ABAQUS/Explicit建立了分析模型,采用基于粘结域理论的层合结构子层之间界面单元,基于断裂力学的B-K能量失效准则和二阶耦合失效准则的混和失效准则来判别脱层的产生和扩展,通过与实验结果对比验证数值模型的正确性,分析了纤维铺层方式对损伤行为的影响。