针刺炭/炭复合材料通过带有倒钩的刺针在Z向引入大量纤维,克服了传统层合结构层间强度较低的缺点;同时其质量较轻、比强度高、热力学性能与结构可设计性优异。在航空航天领域(如火箭喷管扩张段、喉衬材料和飞机制动材料等方面)应用广泛。然而,考虑材料的细观结构,针刺炭/炭复合材料凭借复杂的结构,大大提高了对材料宏细观力学性能及损伤机理的研究难度。本研究从针刺炭/炭复合材料制造工艺和国内外实验研究出发,展开了针对于宏细观统一模型的建立、低速冲击层合板过程损伤分析等工作,研究工作具有理论与实际意义。主要内容包括:(1)基于对针刺炭/炭复合材料细观结构的观察,建立了带有针刺区域的单胞模型,计算各组分材料弹性力学参数,引入周期性边界条件,利用ABAQUS有限元分析平台模拟预测得到针刺炭/炭复合材料结构整体力学性能。(2)基于粘结域理论,使用Cohesive单元层替换针刺区域建立界面单元单胞模型,经有限元计算得出整体弹性性能,调整单胞模型中组分材料力学参数,直至得到与带有针刺区域单胞模型最为接近的应力结果,实现界面单元单胞模型与带有针刺区域单胞模型之间本构关系的等效。(3)在界面单元单胞模型和层合板损伤理论的基础上,为了模拟层合板的低速冲击损伤过程,利用ABAQUS建立了针刺炭/炭复合材料层合板低速冲击模型。探讨了冲头几何形状、初始冲击速度和层合板叠层次序对冲击损伤响应的影响。