碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced plastic,CFRP）具有比强度高、比模量大、可设计性强等优点,在航空航天、车辆、船舶工程等领域应用十分广泛,其中现代飞机机身及发动机叶片大量使用了纤维复合材料。飞机在飞行停靠期间会遇到冰雹这类高速软体冲事件,可能在复合材料内部产生层间分层、基体开裂等隐形损伤,会大大降低复合材料结构的力学性能,对飞机关键部位的承载非常危险,因此,深入研究复合材料结构冰雹高速冲击行为及冲击后剩余强度受到了学者们的广泛关注。本文采用非线性有限元方法,综合采用拉格朗日法和光滑粒子流体动力学法对冰雹进行建模,引入水的状态方程来描述冰雹的流动特征,引入考虑应变率的单向复合材料本构模型,根据三维Hashin失效准则及刚度折减方案,进行复合材料层内损伤识别,引入零厚度Cohesive单元结合双线性内聚力模型模拟层间损伤,编写用户材料VUMAT子程序,实现基于ABAQUS/Explicit的数值求解,主要研究内容和结论如下:首先建立了冰雹高速冲击CFRP层板有限元模型,对三种厚度层板在不同直径冰雹、不同速度下进行冲击模拟,实验数据和模拟结果基本一致。建立了CFRP层板损伤速度阈值预测模型,发现损伤阈值速度与层板厚度和冰雹直径的比值呈线性关系,为CFRP层板抗冰雹冲击尺寸设计提供了一定的基础。详细再现了冲击过程中冰雹和层板的力学行为,分析了层内和层间损伤演变特性,预测了冲击速度与分层面积间的关系;发现分层损伤在冲击初期阶段快速扩展,冲击速度超过一定值时,分层面积与冲击速度呈线性关系。其次,建立了冰雹高速冲击复合材料波纹夹芯结构有限元模型,得到了不同冲击工况下的数值结果,系统研究了梯形铝芯和矩形铝芯夹芯结构在不同冲击工况下的损伤行为、动态响应及能量吸收特性。发现顶部面板基体损伤是夹芯结构的初始损伤模式,在较高冲击能量下会出现铝芯塑性变形、面板与铝芯脱粘、顶部面板穿透这些严重的损伤,梯形夹芯结构比矩形结构更容易出现脱粘现象。对于节点冲击,顶部面板和铝芯吸收了大部分冲击能量,底部面板在冲击过程中主要起支撑作用,能量吸收不明显。最后,建立了从冰雹冲击到冲击后压缩破坏的有限元模型来预测不同厚度CFRP层板不同冲击能量下的剩余强度,分析了层板压缩过程中损伤演化特性,研究了剩余强度与损伤面积间的定量关系。发现CFRP层板剩余强度与基体损伤面积具有直接相关性,当冲击能量超过900 J后,基体损伤面积几乎不再增加,剩余强度不再降低,900 J冲击能量可以作为一个阈值来评估其损伤容限。在压缩前期,层板损伤几乎无扩展,在失效载荷附近损伤快速扩展,最终压缩破坏模式为贯穿层板宽度和厚度方向的截断式破坏。