纤维金属层合板是指由金属薄板和纤维增强树脂在厚度方向上进行交替铺设而形成的层间混合结构,因其结合金属和纤维二者之间的优点,具有较低的密度、较高的比强度、良好的损伤容限、优异的抗疲劳性以及抗冲击性能等特点而被广泛用于航空航天、车辆工程以及国防工程等领域。纤维金属层合板是一种发展较为成熟的材料,其力学行为是国内外学者研究的热点。但目前纤维金属层合板大多是金属薄板和纤维增强树脂在一维厚度上的交替铺设,金属和纤维之间的界面强度将在很大程度上影响层合板整体的综合力学性能。若将纤维与金属板层的复合在三维方向上扩展到面内而形成一种新型的纤维金属三维复合材料,将能够有效避免界面失效导致的结构性破坏。这种新型材料与纤维金属层合板相比,不仅保留了原有纤维金属层合板的优点,同时具有更优良的结构完整性和良好的可优化性。由于纤维金属三维复合材料的研究仍处于基础阶段,故对其力学性能的深入研究就显得十分有必要。本文利用真空袋成型工艺制备得到纤维金属三维复合材料,在准静态载荷下,采用恒定速率加载的方式,对纤维金属三维复合材料进行准静态载荷试验。根据复合材料的各向异性,沿着不同方向对[0o/0o]和[0o/90o]两种排列方式的纤维金属三维复合材料进行拉伸试验和三点弯曲试验,研究不同排列方式的纤维金属三维复合材料在不同方向上的力学性能,分析试验后复合材料的失效模式。另外分别对[0o/0o]和[0o/90o]两种排列方式的纤维金属三维复合材料进行准静态压入试验,研究两种复合材料的抗压入破坏性能和失效模式。拉伸试验结果表明,[0°/0°]排列的纤维金属三维复合材料在纤维方向上具有最大的拉伸模量、屈服强度及拉伸强度,而在垂直于纤维方向上由于纤维不承受拉力,因此其力学性能较弱。[0°/90°]排列的复合材料由于其仅一侧纤维受拉,其力学性能比[0°/0°]排列的复合材料在纤维方向上的力学性能弱,且拉伸破坏之后试样整体出现弯曲变形。弯曲试验表明[0°/0°]排列方式的复合材料在弯曲应力沿纤维方向上的抗弯能力最高,且[0°/90°]排列方式的复合材料弯曲结果表明弯曲外层中纤维方向对其弯曲强度有着很大的影响。准静态压入实验表明[0°/0°]和[0°/90°]的复合板具有近似的抗压入破坏性能,在压入正面具有相同的破坏模式,而在压入背面,[0°/0°]复合板表现为椭圆形凹陷,[0°/90°]的复合板则表现为十字形开裂。通过三类试验的破坏模式来看:纤维金属三维复合材料都没有发生像纤维金属层合板(FML)一样由于金属和纤维之间的界面失效而导致大范围的结构性破坏,说明纤维金属三维复合材料具有更优的界面强度。基于实验结果,采用ABAQUS有限元软件显式动态分析对纤维金属三维复合材料在准静态载荷下的拉伸试验和三点弯曲试验进行了数值模拟,验证了ABAQUS显式动态分析用于纤维金属三维复合材料准静态响应的可行性,分析了试样在恒定速率加载条件下沿着纤维方向45度的拉伸性能和弯曲性能。另外通过准静态压入模拟,对比了纤维金属三维复合材料和纤维金属层合板(FML)的破坏抗性和破坏模式。模拟结果表明,[0°/0°]和[0°/90°]两种排列方式的复合材料在沿着纤维45度方向上的拉伸剪切性能上差别较小,且其拉伸破坏模式都是剪切破坏,断口沿着纤维方向,和拉应力方向成45度。[0o/0o]和[0o/90o]两种排列方式的复合材料在45度方向上具有近似的弯曲性能,且在45度方向上的弯曲性能低于沿着背面纤维0度方向上的弯曲性能,高于90度方向上的弯曲性能。同种工况条件下,纤维金属三维复合材料相对于FML具有较低的抗损伤性和吸能性,但是具有更优秀的结构完整性。