碳纤维复合材料有着十分优异的理化特性,被广泛地用于航空航天与国防军事领域。与金属材料相比,碳纤维复合材料由于其各向异性,材料多相结构带来的非均匀性以及复杂的损伤模式,与其相关的研究依旧相对薄弱。本文采用侵彻试验,数值方针于理论模型相结合的方法,针对长方体破片为毁伤元的情况,研究碳纤维复合材料的抗弹性能。首先,开展了针对碳纤维复合材料的侵彻试验研究,研究了侵彻着角为0°、30°、45°时,长方体破片侵彻6mm、10mm、14mm碳纤维复合材料的弹道极限与对应工况下的破坏机理。研究表明:碳纤维复合材料迎弹面表层纤维的破坏以剪切破坏为主,破片的穿孔隧道与背弹面的破坏机理随着速度的增加发生变化,速度越大,纤维材料发生剪切破坏所占的比重越大,速度较低时,碳纤维复合材料会存在基体分层,纤维拉伸破坏,纤维间撕裂等破坏形式。破片以一定着角侵彻碳纤维复合材料层合板时,层合板速度投影方向会受到额外的压缩力,相反方向会受到额外的拉伸力,从而导致速度投影方向与相反方向的有着不同的破坏形态。在进行弹道试验的基础上,通过建立与试验相契合的数值仿真模型,开展了破片侵彻碳纤维复合材料的数值仿真研究。建立的数值仿真模型能够较好地复现破片侵彻靶板的侵彻过程。通过数值仿真获取的不同工况下的剩余速度,建立了基于THOR方程的剩余速度公式,并由此推导获得了弹道极限计算公式。研究表明:破片侵彻靶板过程可分为接触与应力波传播阶段、破片对靶板造成破坏阶段、破片完成对靶板的毁伤后续穿靶阶段。第一个阶段持续时间主要与靶板厚度有关,第二、第三阶段持续时间与破片的着靶速度以及侵彻着角有关。基于弹道试验与数值仿真结果,开展了碳纤维复合材料抗侵彻机理研究。分析了碳纤维复合材料层合板在高速冲击下的响应与层合板的破坏机理。分析了破片侵彻碳纤维复合材料过程中主要的能量损耗,并获得了不同类型的能量损耗与破片冲击参数以及碳纤维复合材料层合板力学性能参数的关系。研究表明:碳纤维复合材料在高速冲击的载荷下,应力波会以破片撞击区域为中心向周围扩散,层合板的响应随着离冲击位置的距离增大而减弱。碳纤维复合材料层合板在受到冲击后,以多种形式吸收破片的动能,主要的吸能形式有:冲击引起的变形区动能与应变能,碳纤维复合材料层合板纤维层失效所需的纤维束断裂能以及分层损伤和基体开裂所吸收的能量。