碳纤维树脂基复合材料广泛应用于航空航天、舰船和武器等领域。冲击损伤会导致结构局部失效甚至毁灭性破坏,是复合材料服役过程中面临的主要威胁之一。复合材料高应变率下的力学行为关系到其在极端环境下的使用安全性。目前该领域的研究以测定应变率效应和观察失效模式为主,对高应变率下宏微观力学行为之间的相互影响及作用机制研究得较少。针对上述问题,本文基于霍普金森压杆（SHPB）实验技术,对碳纤维复合材料高应变率下的宏微观力学行为展开研究。通过多尺度有限元模拟,分析了高应变率下单层性能、基体性能等微观结构对复合材料宏观力学性能的影响,建立了宏微观应变率效应之间的联系。在此基础上,讨论了氧化石墨烯改性对树脂基体高应变率力学性能的影响,探索其在改善复合材料抗冲击性能方面的应用前景。恒应变率和应力平衡对测试结果的影响是SHPB实验的关键问题之一。运用应变率相关材料本构模型对实验过程进行模拟,讨论恒应变率和应力平衡条件对SHPB实验结果的差异化影响。恒应变率的必要性研究结果表明,试件应变率敏感性、强化模量与由应变率不恒定引起的误差密切相关。根据材料响应特性决定是否通过波形整形来控制恒应变率条件,可避免过度整形。进一步比较应力平衡和恒应变率对测试结果的影响,结果表明材料性质、力学响应特性决定了控制条件引起的误差。根据材料响应特性对恒应变率和应力平衡条件进行更精细的控制,能有效避免直接整形中存在的整形方案复杂化问题。基于SHPB实验技术,对正交碳纤维增强聚醚醚酮树脂（AS4/PEEK）复合材料层合板在不同应变率下的面外压缩和面内压缩力学行为进行了研究,并对破坏后试件的断口形貌进行观察,分析不同应变率下的损伤机理。研究结果表明,对于面外压缩,其力学性能的应变率效应十分显著,当应变率从3866/s提高到6848/s时,压缩强度提高了117%,失效应变增大52.9%。随着应变率的提高,面外压缩失效模式从基体失效和部分纤维断裂导致的开裂和分层,逐渐转变为基体和纤维的粉碎。对于面内压缩,力学性能的应变率效应也较为明显,当应变率从963/s提高到1695/s时,压缩强度提高了30.6%,失效应变增大了11.1%。面内压缩失效模式均以分层为主,当应变率逐渐提高时,分层的方式由开裂-屈曲渐进式分层,转变为碎裂式瞬时分层。损伤机理也由单一的基体失效扩展到部分纤维的屈曲断裂和碎裂。针对正交AS4/PEEK复合材料层合板面内压缩过程,建立复合材料多尺度分析模型,先以单层复合材料为基本单元,采用TIEBREAK接触方式模拟试件的分层失效行为。讨论单层强度、层间剪切强度和法向失效应力的应变率效应对复合材料面内压缩力学性能的影响。结果表明,单层压缩强度的应变率效应与层间性能应变率效应相比较,前者对宏观力学性能的应变率效应贡献更大。以代表体积单元为基础,建立单向复合材料细观力学分析模型。讨论复合材料各组分的应变率效应,分析宏观力学性能与基体应变率效应之间的联系。结果表明,树脂基体的应变率强化效应,对复合材料横向压缩性能影响显著,对纤维方向的弹性性能无明显影响。此外,进一步讨论了热塑性（PEEK）和热固性（TDE-85）树脂基体高应变率下的响应行为和失效模式。对比结果表明,环氧树脂力学性能的应变率效应远高于PEEK树脂。随着应变率的提高,环氧树脂会逐渐从塑性变形转变为脆性失效,而PEEK始终保持良好的塑性。在上述研究基础上探讨氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）改性对环氧树脂高应变率力学性能的影响。研究结果表明,GO掺量为0.1wt%时,改性环氧树脂静态压缩强度提高7.31%,失效应变提高5.45%,但高应变率下GO改性对压缩性能的增强效果变弱,并导致压缩失效模式更趋于脆性。同样掺量下,GO改性使环氧树脂静态拉伸强度提高92.65%,失效应变提高12.11%,而高应变率下,GO改性对拉伸性能的增强效果更显著,拉伸强度和模量提高可达142.7%和23.8%,但同时失效应变降低导致承受变形能力下降。结合失效模式可知,准静态时GO改性既能提高环氧树脂的拉伸强度,也能提高其承受变形的能力,而高应变率下,拉伸增强效果更显著的同时承受变形的能力不增反降,改性树脂变得更强也更脆。