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X-cor夹层结构是由Z-pin增强泡沫制备的一种新型复合材料夹层结构,本身具有丰富的可设计性,在航空航天、航海、列车等领域有着广阔的应用前景。目前国内外对于X-cor夹层结构抗冲击性能的研究并不多。本文首先研究低速冲击实验对X-cor夹层结构的抗冲击性能的影响,探索其损伤机理、Z-pin增强机制,并研究设计参数的影响规律;接着用有限元对X-cor夹层结构低速冲击以及冲击后剩余压缩强度进行全程模拟;最后,对X-cor夹层结构设计三因素三水平正交试验进行高速冲击,分析其弹道极限和损伤面积,得到在高速冲击工况下最优化的参数设计组合。低速冲击实验中包括:1.低速落锤冲击实验,2.红外无损检测实验,3.冲击后剩余压缩强度实验(CAI)。研究四种设计参数:泡沫类型、Z-pin植入间距、Z-pin排列方向、Z-pin植入角度对X-cor夹层结构抗冲击性能的影响。实验表明:在高能量冲击下,较弱的泡沫芯材反而吸能效果更好;在低冲击能量范围内,减小Z-pin植入间距能够明显降低冲击分层损伤面积;就Z-pin排列方向而言,四向排列的Z-pin抗冲击能力略优于双向排列的Z-pin;Z-pin植入的角度为22°时X-cor夹层结构的抗冲击性能最好。应用商业有限元软件ABAQUS建立了X-cor夹层结构的低速冲击模型,引入Crushable Foam泡沫弹塑性本构模拟泡沫夹芯,采用非线性梁单元对Z-pin进行模拟,结合二维Hashin准则建立了复合材料面板粘弹性损伤本构模型。将冲击后的结果通过数值传递直接用于剩余压缩强度的计算,实现低速冲击到剩余压缩强度的全程模拟。模拟结果表明:冲击模拟得到的分层面积大小相比试验结果较为接近,误差不超过10%;在高能量冲击下,泡沫吸能在冲击能量的吸收中贡献最大;剩余压缩强度模拟中,侧压峰值力模拟值比试验值偏高。通过三因素(面板厚度、泡沫类型、Z-pin植入间距)三水平正交实验探究X-cor夹层结构在高速冲击下的最佳设计参数,分析其失效机理,结果表明:X-cor夹层结构面板的厚度对高速冲击的弹道极限的影响最大,厚度越大弹道极限越大,但不可避免的会带来重量增加;其次是Z-pin植入密度对其弹道极限的影响,Z-pin植入间距最佳设计应不大于冲击物冲头半径;增加泡沫密度对弹道极限影响较小;在三个因素中,Z-pin植入间距对X-cor夹层结构损伤面积的减小影响最大,因此综合考虑,最佳设计水平采用面板厚度2mm、泡沫类型为71IG、Z-pin植入间距为5×5mm。