复合材料因其轻质高强等优异的力学性能而得到广泛的应用。在应用中,纤维增强复合材料板壳结构是否能充分发挥其性能优势在很大程度上依赖于动力性能。复合材料层合板在低速冲击作用下的破坏和极限承载能力是学术界和相关工业界关注的一个焦点。 纤维增强复合材料层合板的冲击响应是一个兼有几何非线性、材料非线性、接触状态非线性的复杂过程。本文采用有限元软件ABAQUS分析研究纤维增强复合材料层合板在低速冲击下的极限承载能力,其中积分点的材料性能用细观力学理论定义,并通过编制自定义的材料模块VUMAT提供给ABAQUS主程序,完成整个低速冲击过程的数值模拟。为了能基于纤维和基体性能参数准确描述复合材料的宏观力学性能,本文依次研究了弹性桥联模型、弹塑性桥联模型、破坏准则和刚度衰减方法,并将所发展的理论、方法与实验结果进行了对比。论文的主要内容如下： 首先,基于EIAS(Equivalent Inclusion Average Stress)方法,从Mori-Tanaka理论出发,导出单向复合材料组分平均应力之间的桥联矩阵元素表达式。研究桥联矩阵元素与基体、纤维材料参数的关系以及分析各组分材料参数所起的作用,并引入两个修正参数更好地反映细观结构对单向复合材料等效弹性模量的影响。 基体塑性发展是复合材料产生塑性变形的直接起因。在弹性桥联矩阵的基础上,选取基体等效塑性应变为参变量,研究桥联矩阵参数与基体等效塑性应变的关系,从而确定桥联矩阵参数在塑性阶段的表达式。再引入基体的塑性等效常数,确定当前桥联矩阵在塑性阶段的表达式,建立复合材料的弹塑性本构模型。 在本文发展的基于最大应力破坏判据的复合材料强度理论中,添加了最大等效塑性应变约束条件,并针对横向拉伸开裂定义单层板的刚度衰减。根据该强度理论,预报了单向复合材料的强度谱、层合板的强度谱以及层合板的非线性应力应变曲线,预报值与实验值吻合良好。 最后,将所发展的细观力学弹塑性本构模型、破坏判据和刚度衰减构成材料模块VUMAT,与商用有限元软件包ABAQUS实现接口,用于复合材料层合板结构的低速冲击问题分析。研究了复合材料层合板在横向低速冲击作用下的破坏过程和极限承载力。