碳纤维复合材料是一类新型材料,拥有高刚度、高拉伸强度、质量轻、耐化学腐蚀、耐高温以及低热膨胀性等很多优点,目前碳纤维已普遍应用于航天航空、汽车制造、国防等各种高新技术产业。碳纤维-金属层合板是将金属或合金材料与碳纤维复合材料在特定温度和压力下交替层铺形成的一种新型复合材料。相比于单种金属材料,相同厚度的碳纤维金属层合板质量更轻,应用于飞机、汽车能够减少很多能量的消耗。另外碳纤维复合材料可以有效地抑制金属层间裂纹扩展,很快成为各行各业青睐的新型材料。近些年来,纤维金属层合板在爆炸荷载冲击下的动力响应研究逐渐成为一个热门课题,但国内对轻质材料或复合材料在爆炸荷载作用下的动力响应实验研究却很少,依然存在很多问题亟待解决。相信随着科技的发展,研究不断深入,纤维金属层合板将会在工业工程中应用的越来越广泛。本文使用自制冲击摆锤系统对碳纤维金属层合板进行了爆炸加载实验,采用爆炸冲击的加载方式,对碳纤维铝合金层合板在爆炸载荷冲击下的变形失效模式以及失效机理进行了系统的研究,实验中通过改变炸药质量获得不同的加载冲量,分析了不同面板配置、不同冲量下碳纤维铝合金层合板的变形失效模式和塑性动力响应过程,实验结果表明面板的变形失效模式大部分为非弹性大变形,定义为模式I,无复合材料层的纯铝板损伤表现为拉伸撕裂,定义为模式II。根据试件的损伤特征,将其分为三个不同的变形区域:a.夹持区域b.整体变形区域c.局部变形区域。在爆炸载荷冲击作用下,碳纤维金属层合板的主要变形失效特征为金属层的塑性大变形以及局部破坏,纤维复合材料层的基质失效和纤维断裂以及金属层和复合材料层的分层剥离。碳纤维金属层合板的变形具有连续性和对称性,随着冲量的增加,试件的整体变形区域范围和残余挠度增大,局部塑性变形也逐渐增大,层合板的内部出现分层,剥离以及基质失效等变形失效特征。相同冲量加载下,碳纤维金属层合板比纯铝板拥有更强的抗爆性能,随着碳纤维层数的不断增加,层合板在爆炸加载中将吸收更多的能量,拥有更好的抗爆性能。基于实验结果,采用有限元软件ABAQUS对爆炸冲击碳纤维金属层合板的动力响应进行了数值模拟,模拟了冲击载荷加载层合板的整个过程,分析研究了碳纤维金属层合板速度时程、位移时程、抗变形能力和吸能能力。仿真模拟中得到前后面板的变形失效模式,与实验中爆炸冲击后试件的损伤变形基本一致,比如基质的破裂,复合材料层与铝合金板的分层,整体变形区域发生剪切变形,仿真模拟中横截面中心处层间分离,单元格出现扭曲以及整体变形区域的剪切滑移量较大。面板局部变形区域中心速度在引爆后迅速达到峰值,随着层合板的变形,速度开始下降,同时前后面板中心速度几乎同时开始变化。仿真模拟中最大挠度与实验中测得的数值基本一致,有限元模型最大挠度发生时刻皆为0.5ms至1ms之间。同一铺层类型碳纤维金属层合板的最大挠度随着冲量的增大而增大,同一冲量下,随着铺层的增加,挠度会越来越小。在吸收能量的过程中,铝板发生塑性变形吸收了较大比例的能量,而弹性应变吸收了较小部分的冲击能量。随着冲量的增加,铝板塑性变形吸收的能量在增加,但是相对吸能能力在下降,弹性变形的相对吸能能力在增加。