碳纤维复合材料(Carbon Fibre Reinforced Plastic,简称:CFRP)/铝蜂窝夹芯板具有重量轻、密度小、比强度高、比刚度大、抗冲击以及减震吸能等特点,广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。CFRP/铝蜂窝夹芯板的力学性能研究以准静态和低速撞击为主,但夹芯板在服役过程中难免会遭受到速度在几百米到几千米每秒的碰撞,目前对这类强冲击的研究相对较少。本文以CFRP/铝蜂窝夹芯板为研究对象,借助实验、理论计算和数值模拟等方法对弹丸的强冲击进行研究,并借助扫描电子显微镜(SEM)从微观角度对破坏区域进行观察与分析。在中速碰撞研究中,使用一级炮作为加载工具,分别进行了钢弹丸碰撞三种不同组合方式的靶板和铝弹丸碰撞铝蜂窝芯和夹芯板的冲击试验。其中,钢弹丸以300m/s左右的速度侵彻CFRP前面板、铝蜂窝芯、CFRP后面板以及夹芯板的作用时间分别约为32.5μs,91.7μs,40.3μs和164.5μs;通过对高速摄影的解析可以得到,铝弹丸贯穿铝蜂窝芯和CFRP/铝蜂窝夹芯板的作用时间分别为86μs和240μs。利用三阶段模型的公式近似计算出钢弹丸侵彻各层板后的速度,与实验测量的速度对比,两者的误差较小。结合ABAQUS/Explicit软件对实验过程进行数值模拟,得到弹丸侵彻各复合层消耗的时间与实验测量值基本一致。从数值模拟中还得到铝弹丸碰撞铝蜂窝芯和夹芯板的弹道极限分别约为73.21m/s和158.36m/s。在高速碰撞研究中,采用二级炮加载铝、钢两种弹丸对夹芯板进行高速碰撞实验,结果表明在CFRP 面板的穿孔周围出现了毛刺、拔丝与分层现象;铝蜂窝芯则发生了近似为锥体的大面积的烧蚀。当铝弹丸碰撞夹芯板时,铝蜂窝的烧蚀面积随着碰撞角度的增加而逐渐减小,随铝蜂窝臂长的增加逐渐增大,并拟合出烧蚀面积随着碰撞角度和铝蜂窝臂长变化的曲线。当钢弹丸碰撞夹芯板时,铝蜂窝的正面烧蚀面积随碰撞角度的增大而逐渐减小,但铝蜂窝背面的烧蚀面积却随角度的增大而增加。借助SEM对碳纤维板和铝蜂窝断口及其周围进行了微观特征分析,可观察到CFRP因被挤压而形成的基体断裂与纤维拔丝,在冲击波的作用下基体与纤维的开裂与分层。铝蜂窝表面的黑色棒状物是断裂的碳纤维丝镶嵌在铝蜂窝中,铝蜂窝表面粘黏着铝粉、碳粉和不导电的树脂颗粒。通过EDS能谱分析可知,烧蚀部分所产生的主要成分是Al2O3。