碳纤维复合材料是一种轻质且性能优异的材料,广泛应用于各工程领域。在使用过程中,碳纤维复合材料结构件易受到面外的低速冲击,造成其内部的损伤,进而导致承载能力的降低和潜在的失效。而织物结构是影响复合材料抗冲击性能的重要因素,通过碳纤维织物结构的设计,可以提高复合材料的抗冲击性能。因此,本文研究不同织物结构对复合材料损伤机理的影响。本文通过试验和有限元仿真研究了织物结构对复合材料抗冲击性能的影响规律。采用真空辅助成型工艺制备了单向、平纹、三维正交以及混合四种织物增强复合材料。根据试验和仿真结果,研究了Z纱的增强机理。此外,基于单向织物和平纹织物损伤机理,进一步研究了单向和平纹两种材料混合对复合材料冲击性能的调控能力。本文由以下几个方面展开:第2章主要描述了织物增强体结构设计与复合材料试样的制备。首先说明了单向、平纹以及正交三种织物的结构。根据三维正交织物,设计了三维织机并阐述了织造原理。然后陈述了真空辅助成型工艺制备复合材料的过程。最后介绍了低速冲击试验平台以及试验数据处理方法。第3章主要建立了介观尺度的有限元仿真模型。首先,建立了复合材料板件的几何模型。然后测定树脂和增强丝束的材料属性。最后阐述了树脂和增强丝束损伤失效准则。本文中采用延性破坏准则和剪切失效准则模拟树脂的损伤起始与发展,采用Hashin失效准则模拟增强丝束的损伤起始和发展。第4章分析Z纱对复合材料板件的抗冲击性能的影响规律。根据试验结果可知,三维正交织物复合材料板的冲后变形最小、吸收的非弹性能最少、表面以树脂裂纹为主要失效模式以及其内部纱线以横向损伤为主且分层受到Z纱的抑制。对比单向和三维正交两种织物增强复合材料板件的有限元仿真结果,说明Z纱的存在使得复合材料板件内部出现的是不连续的树脂损伤代替了单向织物增强复合材料板中的分层,从而提高了抗冲击性能。同时根据有限元仿真结果可知,单向和平纹面内结构不同导致其应力传播方式不同,最终影响其冲击响应。第5章分析了织物混合对复合材料板件的抗冲击性能的影响规律。通过试验对比分析了单向、平纹以及混合三种织物增强复合材料板件的冲后损伤模式。进一步解释了单向织物和平纹织物的损伤机理,从而说明单向和平纹两种材料混合对织物冲击性能的影响。研究表明混合织物通过引入准各向同性的机织物在一定程度上抑制过早的分层损伤的出现,从而避免了子铺层上应力集中,进而缓解了顶层和底层纤维的断裂失效,提高了抗冲击性能。同时其中的单向织物层易于应力的传播,避免损伤集中,充分发挥材料的抗损伤特性。第6章总结本文研究内容,同时展望后续研究。