随着信息技术和电子技术的进步,飞机平台向智能化、网络化、功能化发展,这意味着有更多的设备需要集成在飞机平台上以完成相应的功能,所以机载设备的轻量化研究成为重要课题之一。轻量化设计一般通过结构优化设计、制造工艺改进和使用轻质材料来实现,随着先进复合材料的发展和应用,使用新型材料成为轻量化设计的主要方法。碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)由于其比强度、比模量高,可设计性好,易于构件整体成型等特点,广泛应用于航空航天领域。碳纤维复合材料的成型方式通常是浸渍铺叠、固化成型,铺层之间完全依靠树脂基体传递载荷,其层间结合强度通常较弱,对冲击载荷非常敏感,容易产生分层现象,使整个结构丧失功能。本文主要基于碳纤维增强树脂基复合材料对机载雷达辐射器支架进行了轻量化设计,并对其抗冲击性能进行了分析研究,以确认在工作环境下能否完成正常功能。首先,设计了CFRP雷达支架的结构。根据CFRP的成型工艺以及其易于整体成型的特点,将原支架的三个铝合金构件合并为一个CFRP构件,通过初步的静力学分析,确定了支架的基本结构。采用UG与ANSYS Workbench的联合仿真技术,针对支架的关键尺寸在UG中建立了支架的参数化模型,在Workbench中建立了多因素多水平实验,应用响应面分析法对支架进行优化设计,得到了支架的最佳尺寸组合。随后进行了随机振动分析,验证了该支架在飞机的振动环境下能够保证刚度要求。其次,研究了CFRP材料的抗冲击性能。测试了CFRP试件在不同冲击能量下的损伤情况,分析其损伤机理。采用Abaqus软件建立了CFRP复合材料模型,使用Hashin失效准则和渐进损伤演化分析方法研究了其不同模式的损伤情况。采用内聚力单元模拟复合材料的分层现象,使用名义二次应力准则和基于能量的混合型B-K准则来判定其损伤情况和损伤演化过程。对比有限元仿真与试验的结果,探究CFRP内部损伤规律。最后,建立了雷达支架的复合材料模型,研究其在冲击载荷下的响应和材料损伤情况。为研究铺层层数与冲击响应的关系,设计了准各向同性的铺层方案,当铺层层数越多时,支架的刚度越好,其冲击响应位移值越小;当每个方向的纤维含量相同,但铺层顺序不同时,相邻铺层之间的夹角越大,支架的冲击响应位移值越小。在冲击载荷下,CFRP支架的层内损伤易发生于底部和顶部与其它构件连接处,还有支架圆弧处,首先发生的损伤模式是基体拉伸损伤;分层损伤也容易发生在支架底部和圆弧处,且支架底部外层纤维分层的可能性最大。在坠撞安全冲击试验条件下,支架底部开始萌生分层损伤,但是其损伤状况并未完全失效,且损伤面积很小,所以不会影响实际使用情况。