随着“防-隔热与结构一体化”先进设计理念的提出，飞行器热防护系统在高温、微流星体等复杂服役环境下的整体抗冲击性能正在受到各个发达国家的重视。平纹编织C/SiC复合材料(2D-C/SiC)克服了传统陶瓷材料脆性大和可靠性差的弱点，具有高比强度、高比模量、耐高温、抗氧化和低密度等诸多优点，在热防护领域具有广阔应用前景。因此开展2D-C/SiC材料的抗冲击性能试验和仿真计算研究，较好地描述材料在恶劣环境下的力学行为，为该材料的推广应用具有重要的工程意义。然而，2D-C/SiC材料在高速冲击载荷作用下典型粉末化破坏行为的数值仿真对计算工具提出了挑战。无网格SPH方法利用一系列离散分布的粒子表示整个物理模型，粒子之间不需要网格进行连接，在具有自由表面、可变性边界、冲击、爆炸等动态大变形问题中具有明显优势。但是，SPH方法自身仍然存在一定的数值缺陷，改进和发展具有快速高精度的计算方法理论体系，对准确描述材料的力学行为以及损伤破坏过程是至关重要的。本文的研究工作主要围绕2D-C/SiC复合材料展开，通过试验和数值研究分析了平纹编织C/SiC复合材料的高温高速抗冲击特性，同时针对数值模拟中所采用的核心计算方法(SPH)的广义形式(有限粒子法FPM)进行了理论改进研究。主要内容如下：1、分别基于空气炮、电炮加载装置及自主设计的同步加热-冷却实验装置完成了2D-C/SiC复合材料在室温及高温耦合环境下冲击速度79m/s~219m/s范围内的钢球冲击实验及室温环境下冲击速度3400m/s~9300m/s范围内的Mylar飞片撞击实验。在实验过程中，利用高速摄影仪记录了冲击过程中碎片云的发展形态；利用PMI泡沫板对碎片进行了收集，分析了碎片云结构；利用全光纤位移干涉仪记录了试样背部的自由面速度历程；利用超声波扫描仪对冲击后试样的内部损伤进行了无损检测。2、基于上述实验结果，对2D-C/SiC材料在冲击载荷作用下的损伤演化过程和破坏机理进行了分析。结果表明：(1)在冲击载荷作用下，2D-C/SiC材料主要存在四种能量转化形式，即材料分层、纤维断裂、基体粉化和碎片剥落，其中中间两种为2D-C/SiC材料的主要冲击损伤模式；(2)室温环境下，厚度3mm的2D-C/SiC薄板的临界穿透能量为2.66J，材料损伤面积呈现“三阶段”变化趋势，即陡增段、线性段和平稳段；(3)当冲击能量约为13J时，室温环境和高温环境下损伤面积的变化趋势存在转折点。对于低能冲击，高温环境下2D-C/SiC临界穿透能量更高；随着冲击能量逐渐增加，高温环境下2D-C/SiC材料损伤面积会迅速增大。3、基于Autodyn商用软件正交各向异性材料本构模型，推导了用于描述2D-C/SiC材料冲击响应的材料参数。分别在低速冲击与超高速冲击数值模拟中，针对碎片云团结构、碎片云团轴向速度、损伤破坏模式及靶板自由面速度四个方面与实验结果进行合理性和准确性的对比验证。针对球形弹丸撞击情形，根据2D-C/SiC碎片云团特点，选取弹丸剩余速度、碎片云轴向平均速度及分散角作为主要表征参数，并以球形弹丸-薄板撞击模型为对象，对多种工况下C/SiC面板的抗冲击性能进行了规律分析和评估，获取了钢弹丸冲击C/SiC材料的极限侵彻深度预测公式；针对飞片撞击情形，得到了飞片的极限直径、靶板的极限厚度等计算结果；针对双层板模型，对C/SiC与铝板在铝球冲击下的碎片云形态进行了模拟比较，发现了C/SiC碎片云具有明显的尖端高能区域，并指出此尖端区域会对机体造成主要威胁。4、深入分析了一种广义的SPH方法——有限粒子法(Finite Particle Method, FPM)的基本理论，通过数值算例说明了FPM方法边界计算精度高、基函数选取自由等数值优势，指出了该方法存在计算不稳定和计算时间长的数值缺陷。5、针对FPM方法上述不足，基于Taylor级数、矩阵分解理论，建立了一套FPM改进算法理论体系，推导得出了一维和二维情形下，特殊格式的SFPM (Specified FiniteParticle Method)方法和广义格式的GFPM (Generalized Finite Particle Method)方法，证明了SFPM和GFPM方法的数值稳定性。通过数值算例表明：(1) SFPM和GFPM方法继承了传统FPM方法在全域上计算精度高的优势，分别具有C1阶和C2阶一致性；(2)两类方法同时大大缩短了计算时间，这对大规模数值模拟具有重要意义；(3) SFPM方法是精度可控的，通过增加计算域内的粒子总数可以提高SFPM方法的计算精度；(4)理论分析并说明了SFPM和GFPM算法方便的高阶或高维可扩展性。