多层泡沫夹芯结构因其优异的力学性能、可设计性和多功能特性,引起了众多科研和工程技术人员的极大关注。由于夹芯结构在服役过程中极易遭受外界物体的冲击,因此多层泡沫夹芯结构的抗冲击性能已成为近几年研究的热点。截至目前,人们针对单层泡沫夹芯结构低速冲击下的力学行为开展了大量理论、试验及数值研究,但针对多层泡沫夹芯结构的相关研究还鲜有报道。本文以闭孔泡沫铝及其为芯子的碳纤增强复合材料夹芯结构为研究对象,通过理论分析、数值模拟和试验验证相结合的方法,系统地研究了单层和多层泡沫铝芯子复合材料夹芯结构在低速冲击载荷作用下的力学响应、破坏模式及其吸能机制,并对冲击后该夹芯结构的损伤容限和失效机理进行了表征与分析。在此基础上,进一步研究了局部刚度的变化对多层泡沫铝芯子复合材料夹芯结构抗冲击性能及损伤容限的影响。首先,基于试验观测到变形带中特征孔的几何形态和变形模式,建立了闭孔泡沫铝的细观力学模型,采用静力平衡和欧拉-伯努利梁理论,推导出闭孔泡沫铝在单轴压缩载荷作用下的等效弹性模量和等效屈服强度的预报公式,得到了闭孔泡沫铝的等效力学性能参数。利用X射线计算机断层扫描技术,建立了能够反映闭孔泡沫铝真实细观结构的三维有限元模型,深入研究了其在单轴压缩载荷作用下的力学性能及其压缩变形机制。结果表明,本文提出的细观力学模型克服了经典解析模型关于特征孔几何形态等轴假设的不合理性。与试验结果对比验证发现,预报的等效模量和强度较经典解析模型的误差分别从41.79%和61.10%降低到4.23%和10.98%。模拟结果进一步验证了细观力学模型中对特征孔几何形态简化的合理性。其次,利用闭孔泡沫铝的等效力学性能参数,将泡沫铝芯子简化为均质各向同性材料,基于最小势能原理、能量守恒原理和弹簧-质量模型,建立了多层泡沫铝芯子复合材料夹芯结构的低速冲击理论模型。模型中考虑了结构在低速冲击下的穿透过程,尤其是该过程中面板与芯子之间的耦合作用以及面板的渐进损伤过程。后文中通过试验和数值模拟验证了该理论模型的可靠性。通过引入面芯耦合能,该理论模型成功地预报了芯子对面板的强化约束作用。该模型的建立为后文研究泡沫铝芯子复合材料夹芯结构的低速冲击响应、吸能机制及局部刚度优化奠定了理论基础。接下来,以多层泡沫铝芯子复合材料夹芯结构的冲击理论模型为指导,对其低速冲击下的力学行为开展了试验测试和数值模拟,重点关注了结构的力学响应及破坏模式,揭示了结构的吸能机制。结果表明,对于整个双层泡沫铝芯子复合材料夹芯结构而言,结构的主要吸能机制取决于芯子强度:当芯子强度较高时,芯子的塑性变形是结构的主要吸能机制,当芯子强度较低时,面板的变形能是结构的主要吸能机制;对于复合材料面板而言,膜拉伸变形是其主要吸能机制。与相同质量的单层夹芯结构相比,双层泡沫铝芯子复合材料夹芯结构的吸能效率提高了15.5%,因此具有更好的抗冲击性能。进一步研究发现,低速冲击下结构的吸能与最大接触力之间为竞争关系,因此在对多层泡沫铝芯子复合材料夹芯结构进行局部刚度优化设计时,需要综合考虑结构在工程应用中的实际使用要求。最后,考虑到冲击会给夹芯结构造成内部损伤,从而降低结构的承载能力,因此通过对结构冲击后的剩余压缩强度进行定量化研究,评估与表征了泡沫铝芯子复合材料夹芯结构的损伤容限。结果表明,与完好试件相比,带有初始损伤的试件在承受面内压缩载荷时其剩余压缩强度值会出现明显下降,原因是未受冲击与经受冲击后的泡沫铝芯子复合材料夹芯结构在压缩载荷下表现出不同的破坏模式。在夹芯结构整体质量（重量）不变或相近的前提下,结构构型的改变会使得该整体结构的失效机理发生改变,因此,未受冲击与经受冲击后的双层泡沫铝芯子复合材料夹芯结构其剩余压缩强度较单层夹芯结构分别提高了11.88%和13.98%。在整体结构质量（重量）相同（近）的前提下,增大上面板附近的局部刚度,能够提高双层泡沫铝芯子复合材料夹芯结构的损伤容限。