复合材料加筋板是航空工程中普遍应用的典型结构细节件,其冲击损伤容限特性对保证翼面类结构的安全性至关重要。本文以多尺度结合的损伤分析为突破点,开展了关于复合材料加筋板边缘冲击及冲击后压缩失效机理的试验研究和数值分析。本文的主要内容包括:(1)针对复合材料T型和I型加筋板,进行了边缘冲击与冲击后压缩试验研究。试验中通过目视损伤检测和无损检测技术获得了加筋板4个典型冲击位置的损伤形貌,测量了试验件的压缩剩余强度和应变分布情况,并根据试验结果分析了失效机理。(2)从复合材料层内失效机理出发,采用连续介质损伤力学方法建立了三维和平面应力状态下的复合材料层内渐进损伤分析模型。模型涵盖了损伤表征、损伤起始判定和损伤演化法则三个方面。通过材料断裂面坐标下的损伤状态变量矩阵完成损伤表征,并考虑断裂面角度的影响,建立了主轴坐标系下的材料损伤本构关系。损伤起始由Puck失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,服从基于材料应变能释放的线性软化行为。采用4种构型复合材料层合板的开孔拉伸和压缩试验对模型的有效性进行了验证。(3)根据冲击载荷下层内产生多条基体裂纹继而扩展至界面形成层间裂纹(分层)的试验观察,引入基体裂纹饱和密度参数表征层间分层,并通过基于代表体积单元的细观模型估算参数的取值。以[03/45/-45]S和[45/0/-45/90]4S两种铺层的复合材料层合板为例,预测了复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了复合材料低速冲击损伤数值分析模型的预测能力。模型在不同网格密度下的计算结果表明单元特征长度的引入可以降低损伤演化阶段对网格密度的依赖性。(4)开展了立筋边缘冲击与筋条帽缘冲击损伤特性的研究。结果显示立筋边缘冲击损伤特性更加接近于层合板在轴向稳态渐进压溃过程中的损伤特性,而筋条帽缘冲击损伤则与较高能量冲击蒙皮中心后呈现的损伤特性类似。(5)基于立筋边缘冲击响应与复合材料稳态渐进压溃状态的相似性,将边缘冲击损伤引入压缩破坏模型作为初始损伤,同时结合层内渐进损伤分析模型与基于粘接接触的分层模拟方法,预测了复合材料T型加筋板的压缩剩余强度。通过压缩强度、典型部位的载荷-应变曲线、应变分布、最终损伤模式等多方面比较对模型进行试验验证,结果显示仿真结果与试验结果具有较好的一致性。(6)建立了复合材料I型加筋板压缩剩余强度的数值预测方法。根据筋条帽缘冲击损伤特性,将最大初始分层、凹坑附近的永久性压入变形、层内损伤模式等因素作为初始条件加入强度分析中,并且发展了一种工程估算方法来判断I型筋条圆角区内易发生分层的界面。数值仿真结果和试验测量数据之间良好的一致性验证了方法的预测能力,同时揭示了含边缘冲击损伤的复合材料I型加筋板的压缩失效机理。