金属陶瓷功能梯度材料(FGM)是由陶瓷到金属的功能梯度层组成的复合材料由于其梯度层状结构结合了陶瓷和金属的优越性能。富含陶瓷的一侧应对冲击提供了良好的保护,而富含金属的一侧提供韧性以尽可能长时间地保持结构的完整性。金属陶瓷功能梯度材料以及功能梯度夹心增强结构由于其优异的抗冲击性以及高强度和刚度而广泛用于航空航天,核工业和机械工业。工程结构在制造、使用和维修过程中会遇到冲击载荷,传统金属及金属合金的弹塑性变形和损伤可以通过目测表面的方法来发现。然而,功能梯度材料表现出有限的塑性变形,由于冲击能量转换为损伤的形式,如分层、基体开裂或纤维断裂等,不允许目视检查。所以其冲击响应分析对于航空航天,核工业和机械工业中先进抗冲击结构的设计非常重要。本文对金属陶瓷功能梯度材料的冲击响应进行了研究。在这项研究中,通过有限元模拟对在低速冲击载荷作用下的功能梯度材料的弹塑性行为进行了分析。模拟试验中发现使用传统的功能梯度材料本构模型进行的有限元分析,往往会和实际的实验结果有差别,这可能是由于传统模型没有考虑金属相和陶瓷相之间的热膨胀系数(CTE)不匹配产生的强化效应,本文开发了基于位错的功能梯度材料本构预测模型。采用Mori-Tanaka方案确定了功能梯度板的有效线性弹性性能。通过结合Taylor位错模型和Tamura-Tomota-Ozowa(TTO)模型,明确地解释了由于几何必须位错(GNDs)和塑性应变梯度(PSG)在金属陶瓷功能梯度板冲击分析中的强化效应。进一步通过结合Johnson-Cook(J-C)模型,研究了在金属陶瓷功能梯度板的冲击分析中与应变率相关的强化。利用所开发的考虑颗粒尺寸和应变率耦合效应的增强连续模型对复合材料的低速冲击性能的进行了研究。对落锤冲击实验进行了数值模拟及分析。在不同的冲击速度下研究了具有微米级粒径的SiC/Al功能梯度板的弹塑性冲击响应。模拟实验结果表明,颗粒尺寸对FG圆形板弹塑性反应关系密切,由于颗粒尺寸的影响,所提出的模型在进行分析时更加的准确和有效。传统的模型预测的冲击压痕的直径,往往与实际情况有很大的差异,而研究表明,导致该差异的主要原因是传统的塑性理论没有考虑SiC颗粒尺寸效应以及冲击时的应变率相关强化效应。