纤维增强复合材料由于其优异的力学性能在航空航天、交通和能源等领域被广泛使用。混杂复合材料广义定义指两种或两种以上的连续纤维增强同一种树脂基体的复合材料,可充分发挥混杂材料各自力学性能,降低增强体材料成本等特点。混杂复合材料性能与混杂结构紧密相关。本文利用单向经编织物的灵活可设计性优点,通过改变面内碳纤维含量以及混杂形式,实现面内碳/玻混杂结构,设计织造了单向经编层内碳/玻混杂织物,论文还通过单向经编非混杂织物铺层实现了层间碳/玻混杂结构,采用真空辅助树脂传递模塑工艺制作了混杂复合材料层合板,通过实验,模拟仿真等手段系统研究了层内和层间混杂复合材料的抗冲击性能及其损伤机理。本文首先对层内混杂复合材料抗冲击性能进行研究。使用自行设计的层内混杂织物制作了不同混杂结构与混杂比的层内混杂复合材料,进行冲击试验。研究发现,相较于混杂结构,混杂比对抗冲击性能影响较大。准静态压痕与声发射实验表明纤维断裂是导致层合板失效的主要因素,层内混杂结构具有降低纤维损伤的作用。对三种混杂比不同的层内混杂复合材料而言,分层面积与玻璃纤维含量成正比。碳/玻混杂比为1:1时,损伤程度最低,极限载荷最高。混杂比为1:2时,复合材料的破坏主要表现为碳纤维断裂失效,吸收能量最高。混杂比为1:4时,主要由玻璃纤维承载外部应力,极限载荷较高。分析层内混杂复合材料高速冲击试验结果可知,层内混杂复合材料在弹体侵彻过程中形变量较大,与碳纤维复合材料相比吸收能量更多。冲击速度高于弹道极限速度50%时,复合材料内部损伤主要为纤维剪切破坏与背面纤维束剥离脱落,层内混杂协同作用不明显。其次,对层间混杂复合材料抗冲击性能进行研究。研究发现,低速冲击载荷下,层间混杂复合材料的极限载荷较高,夹芯混杂结构具有较大的吸收能量,层间混杂复合材料损伤主要为顶部纤维失效与底部分层,夹芯混杂复合材料内部分层失效较严重,与碳纤维复合材料的损伤程度相比均有降低,表现为正混杂效应。高速冲击载荷下层间混杂复合材料的弹体侵彻过程为变形凸起型,有利于吸收能量,外表面为碳纤维的层间混杂复合材料具有较高的弹道极限速度和单位面积吸收能量。冲击速度高于弹道极限速度50%时,混杂结构对损伤模式的影响有限。论文通过分析复合材料损伤发现,设计层间混杂结构时,将强度较高纤维置于冲击外表面,韧性较高纤维置于中部的层间混杂结构混杂协同效应较好。将韧性较高纤维置于面层,强度较高纤维置于芯层的夹芯混杂结构混杂协同效应较好。层内混杂复合材料兼具面内与纵向混杂界面,面内混杂界面有利于抑制损伤扩散,碳/玻混杂比为1:1时,对损伤扩展的抑制作用最强。纵向混杂界面可视为层间碳/玻混杂界面,增强了层内混杂复合材料的抗冲击性能。最后,论文建立了混杂复合材料冲击损伤模型。考虑计算效率与层内混杂结构等特点,分别建立了层间混杂复合材料宏观模型与层内混杂复合材料介观模型。通过金相显微镜观察层内混杂复合材料横截面形貌确立了介观模型的几何参数,构建纤维束微观尺度单胞模型计算得到介观模型宏观力学参数。论文定义了复合材料三维渐进损伤本构模型,由于应力在冲击过程中变化比较剧烈,本文采用应变形式Hashin失效准则定义复合材料损伤起始,并定义指数形式损伤因子,建立损伤材料与完好材料间的本构关系。论文采用内聚力单元模拟复合材料分层损伤,在背面纤维束之间添加了内聚力单元,较为准确的体现了复合材料背面纤维束撕裂剥离损伤。有限元仿真模拟结果显示,利用层内混杂复合材料介观模型可观察到每根纤维的失效过程与应力分布规律,有利于分析面内混杂纤维的损伤规律与失效机理。仿真结果与实验结果拟合度较高。分析模拟仿真结果发现冲击载荷下的碳/玻混杂协同效应表现如下:碳纤维在冲击载荷下表现为脆性失效,玻璃纤维起延缓碳纤维失效进程作用,冲击载荷下混杂复合材料的脆性损伤相较于碳纤维复合材料有所改善。碳纤维失效后产生剩余应力,玻璃纤维通过变形将此部分应力转化为分层损伤,降低了复合材料内部纤维损伤失效,并且碳纤维失效后被玻璃纤维包裹,对抗冲击载荷仍有贡献。碳纤维与玻璃纤维在冲击载荷下的形变量不同,碳/玻间隔分布会引发分层损伤,缓冲冲击应力。面内碳/玻混杂界面对损伤裂纹扩展有抑制作用,延缓复合材料断裂失效,面内混杂界面越近,越有利于应力在混杂纤维之间转移消耗,对损伤传播的阻碍作用越强。通过合理设计层间混杂与层内混杂结构,充分发挥碳纤维与玻璃纤维各自的力学性能优点,可实现较强的混杂协同效应,获得较高的抗冲击性能。