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复合材料夹芯结构由于具有比强度高、比模量大、可设计性强、阻尼和吸能等特点,被广泛应用于航空航天构件、军舰壳体、高速列车车厢及建筑材料。然而复合材料夹芯结构在生产、安装、服役等过程中容易受到外来不可预知形状物体的撞击,如鸟、冰雹、沙石的碰撞,会使其内部结构产生肉眼不可观测到的损伤(比如芯材坍塌或压碎损伤),从而会降低结构的强度和使用寿命,对结构的安全使用造成潜在威胁。因此,有必要对其在静态或者动态载荷下的变形和冲击行为进行研究,为结构的优化设计能够提供理论参考依据。本文主要在ABAQUS有限元分析软件中建立三维PVC泡沫碳纤维/环氧树脂夹芯板有限元模型。采用三维Hashin失效准则预测面板的初始失效模式、零厚度的界面粘结单元模拟不同界面间的层间损伤、可压碎泡沫塑性模型模拟PVC泡沫芯材的塑性应变行为。结合文献中的实验研究结果验证了建模方法的有效性及模型的可行性。然后分析了两种接触算法和相互作用区域网格大小对接触力-位移曲线、内能和耗散能及分层面积大小的影响。同时分析了芯材厚度、冲头形状、混杂纤维面板对耗散能和层间损伤面积大小的影响。分析结果表明:(1)通用接触和面面接触作用下,面面接触更适合分析夹芯板的冲击响应。其得到的接触力历程曲线光滑,对临界值和相互作用时间影响较小,与实验值的误差小。(2)相互作用区域内网格尺寸的分析结果表明:损伤耗散能对网格尺寸的依赖性较大,耗散能随网格尺寸的增大而降低。相对而言,其对接触力的影响较小。(3)PVC芯材厚度分析结果表明:夹芯板的最大接触力随着芯材厚度的增加有降低的趋势,达到最大接触力的时间也有所延后;同时芯材厚度增大,相同冲击能量下,冲击接触时间也会增加。(4)三种冲头分析结果表明:压头接触表面越大,接触力曲线的宽度越窄、初始冲击能量相同时,其接触力历程曲线上有最大接触力,曲线顶端平缓区域短,与夹芯板发生相互作用的时间最短;压头接触表面小的,接触力历程曲线顶端平缓区域较长、最大接触力小,但与面板的相互作用时间最长;分析冲击前后速度随时间的变化关系可知,有较大接触面的冲头与面板发生相互作用后的剩余速度最大,接触面小的锥形冲头剩余速度绝对值最小。(5)混杂纤维面板夹芯结构分析结果表明:通过分析层间损伤可知,虽然增大碳纤维层比例能够提高夹芯板整体的抗冲击性能,但是其层间损伤最大;与冲头最先接触的表面层纤维为芳纶时,可以有效降低层间损伤面积。分析了ACCCA、CACAC、CCACC三种混杂面板蒙皮与芯材单元节点的位移历程曲线,ACCCA面板夹芯结构的芯材在4J和5.66J时均出现位移载荷降,表明蒙皮最外表面为芳纶时,不能降低芯材的损伤程度。从CACAC与CCACC混杂面板可以看出,碳纤维与芳纶纤维交叉铺时,能够降低结构的损伤耗散能,并且有益于提高PVC泡沫夹芯板的抗冲击性。