随着现代科技的飞速发展,海上智能交通已经成为了世界各国科技战略的重要组成部分。而复合材料无人艇作为未来海上智能交通至关重要的一环,被广泛地应用于执行反恐、维和、环境监测、科研勘探及搜救安防等各种军事或非军事任务。复合材料无人艇艇体在执行任务时与钢制船舶发生碰撞的几率很大,而且由于复合材料无人艇体积小、总体结构刚度较弱,一旦发生碰撞事件,后果将会非常严重。近些年来,国内外对船舶耐撞性问题日益关注,对此做了大量的研究,但其绝大数针对的是钢制船舶,对于复合材料船舶研究较少。因此对复合材料无人艇耐撞性能的研究具有十分重要的意义。本文首先对船舶碰撞以及船用复合材料的国内外研究现状进行简要回顾和总结;较为系统地说明了船舶碰撞数值仿真所涉及的非线性有限元理论和关键技术;对复合材料单层板理论以及经典层合板理论的宏观力学做了简要阐述,在此基础上,对本次所研究的复合材料进行了包括拉伸试验、压缩试验以及面内剪切试验研究,得到了复合材料基本力学性能材料参数,为后续研究提供了数据支持;以某复合材料无人艇为研究对象,结合瞬态非线性有限元软件MSC.Dytran,对撞击艇以不同撞击速度侧向撞击复合材料无人艇以及钢制无人艇的动态过程进行数值模拟研究,重点对复合材料被撞无人艇以及钢制被撞无人艇艇体结构的碰撞损伤形式及损伤特性进行对比研究;对比分析了不同复合材料铺层方案对复合材料被撞无人艇耐撞性能的影响,得到了耐撞性能较优的复合材料被撞无人艇铺层方案;对比研究了不同舷侧结构形式方案对复合材料被撞艇的耐撞性能的影响,进而得到一种耐撞性能较优的复合材料舷侧结构形式。为后续复合材料船舶研究提供参考。本文主要研究工作如下:(1)碰撞非线性有限元理论及关键技术研究。系统地说明了船舶碰撞数值仿真所涉及的非线性有限元理论和关键技术,简要介绍了船舶碰撞三种仿真计算方法以及它们的适用场合,对显式有限元求解方法和非线性有限元控制方程做了简要阐述;介绍了显式积分的时间步长的控制方法,阐述了碰撞响应过程中材料的本构模型以及失效准则,对船舶碰撞过程中的接触算法与摩擦问题做了简要说明;(2)复合材料基本理论及力学性能试验研究。对复合材料进行了包括单层板强度理论以及经典层合板理论的复合材料宏观力学研究;对本次研究的复合材料进行了包括复合材料拉伸试验、压缩试验以及面内剪切试验的力学性能试验研究,得到了研究所需的复合材料基本力学性能参数,为后续研究提供了数据支持;(3)基于对船舶碰撞和复合材料相关理论的研究,以某复合材料无人艇为研究对象,结合瞬态非线性有限元软件MSC.Dytran,对撞击艇以不同撞击速度侧向撞击复合材料无人艇以及钢制无人艇的动态过程进行数值模拟研究,重点对复合材料被撞无人艇以及钢制无人艇艇体结构的碰撞损伤形式及损伤特性进行对比研究,得到了不同撞击速度下复合材料被撞无人艇和钢制被撞无人艇动态响应特点;(4)对比研究了不同复合材料铺层方案对复合材料无人艇耐撞性能的影响。通过对不同复合材料铺层方案下复合材料无人艇运动特征、加速度、碰撞力以及主要结构吸能情况的对比研究,得到了一种耐撞性能较优的复合材料铺层方案;对比研究了不同舷侧结构形式方案对复合材料无人艇耐撞性能的影响。通过对不同结构形式的舷侧方案下复合材料无人艇运动特征、碰撞区域应力分布特点、加速度、碰撞力以及吸能情况的对比研究,得到了一种耐撞性能较优的复合材料舷侧结构形式。