先进碳纤维复合材料由于较高的比强度、比刚度和刚度可设计等优点,在航空航天等领域中得到广泛应用。层合板是最为常用的复合材料构型之一,但是由于较弱的层间性能,分层成为其主要的失效形式。数值模拟作为研究分层的一种重要手段,提高其客观性和易用性一直是学者们关注的热点。目前的分层数值模拟多集中于单向层合板,而工程中常用的是多向层合板,准确模拟多向层合板分层扩展行为更具有实际应用价值。不同于单向层合板,多向层合板分层扩展的过程中常常伴随着大量的纤维桥接,导致分层扩展阻力显著增加,表现为典型的R曲线特征。在考虑纤维桥接的增韧机理对多向层合板分层扩展行为影响的基础上,本文开展了T700/QY9511材料体系多向层合板分层扩展的数值模拟研究,并取得了以下创新性研究成果:(1)从分层失效的微观机理出发,原创性地提出了一种物理意义明确、参数体系简单的新型三线性内聚力模型。模型不依赖于分层扩展过程,将纤维桥接的增韧机理从本构关系中引入,能够准确反映层间纤维桥接区域的应力分布,进而揭示分层扩展阻力的形成机制。(2)开发了三线性本构关系的数值程序,并对应用新型内聚力模型研究分层问题的参数进行了系统研究。分别基于二维和三维模型讨论了通用建模参数和本构关系参数,提出了合理的参数研究流程,确定了以强度为核心的参数体系。对T700/QY9511材料多向层合板分层数值模拟的结果与试验吻合度极高,论证了模型参数研究方案的正确性。综上所述,本文基于内聚力模型方法,提出了一种新的三线性本构模型,给出了合理的参数研究方案,并结合二次开发实现了对模型的验证和参数的讨论。模型具有明确的物理意义和简单的参数体系,能够对多向层合板分层扩展行为进行准确模拟。本文的工作为复合材料多向层合板的分层数值模拟提供了有效的支持。