本书遵循教育部教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

与普通复合材料相比，碳纤维复合材料具有高比刚度、高比强度、良好的可设计性和耐热性。本书介绍了作者近年来关于碳纤维复合材料层合板在不同载荷下的力学性能及损伤失效机理研究。本书的主要内容包括绪论、碳纤维复合材料层合板的拉伸渐进破坏、含孔碳纤维复合材料层合板的孔口缝合补强、碳纤维复合材料层合板的低速冲击性能、螺栓连接碳纤维复合材料层合板的力学性能、碳纤维复合材料层合板的三点弯曲和多次低速冲击损伤研究以及结语。
本书可作为力学、复合材料、航空工程等专业高年级本科生、研究生，以及相关领域的研究人员和工程师的参考书。

高等院校教师

前言
第1章绪论1
11研究背景1
12国内外研究现状1
121碳纤维复合材料简介1
122碳纤维复合材料层合板的拉伸性能2
123碳纤维复合材料层合板的弯曲性能5
124碳纤维复合材料层合板的低速冲击性能7
13主要研究内容、方法和意义9
参考文献10
第2章碳纤维复合材料层合板的拉伸渐进破坏18
21引言18
22含孔碳纤维复合材料层合板的单轴拉伸渐进破坏有限元模拟20
221复合材料损伤理论20
222UMAT子程序27
223层合板单轴拉伸渐进破坏的有限元分析28
23多孔碳纤维复合材料层合板的单轴拉伸失效破坏机理35
231有限元模拟和试验结果对比35
232分析讨论36
24碳纤维复合材料层合板的双轴拉伸渐进破坏有限元模拟42
241有限元模型42
242分析讨论44
25碳纤维/金属复合材料层合板的单轴拉伸与压缩试验49
251试样制备49
252碳纤维/金属复合材料层合板的拉伸性能测试51
253碳纤维/金属复合材料层合板的压缩性能测试55
254扫描电镜分析56
26氧化石墨烯改性碳纤维复合材料层合板的拉伸试验57
261氧化石墨烯的制备与表征57
262氧化石墨烯改性碳纤维复合材料层合板的制备及拉伸试验60
263拉伸试验结果与断口形貌表征63
27本章小结68
参考文献69
第3章含孔碳纤维复合材料层合板的孔口缝合补强72
31引言72
32含孔碳纤维复合材料层合板孔边应力状态及应力集中73
321有限宽度含孔正交各向异性板孔边应力、应力集中分析73
322含孔层合板孔边应力、应力集中的理论分析76
323算例分析81
324铺层比例对孔边应力集中因子的影响81
325铺层方式对孔边应力集中因子的影响83
326材料弹性常数对孔边应力集中因子的影响83
33含孔碳纤维复合材料层合板孔口缝合补强的有限元模拟84
331有限元模型的建立84
332有限元模拟结果分析86
333不同缝合设计参数对应变的影响88
34孔口缝合补强对含孔碳纤维复合材料层合板层间应力的影响91
341碳纤维复合材料层合板层间应力的研究现状91
342层合板层间应力分析模型92
343层间应力的近似弹性理论解96
344碳纤维复合材料层合板局部平均层间应力97
345孔口缝合补强后层间应力的有限元模拟99
35本章小结102
参考文献103
第4章碳纤维复合材料层合板的低速冲击性能105
41引言105
42碳纤维复合材料层合板的低速冲击有限元模拟106
421冲击相关理论知识106
422界面层（Cohesive单元）的损伤理论108
423VUMAT子程序109
43子弹冲击碳纤维复合材料层合板的应力波数值分析111
431冲击应力波理论111
432有限元模型及验证112
433不同铺层对应力波（横波）的影响特征114
434不同铺层对应力波（纵波）的影响特征116
435应力波在正方形层合板中的传播特征118
44碳纤维/金属复合材料层合板的低速冲击有限元模拟121
441铝合金、钛合金的本构关系121
442有限元模型简介122
443层合板中纤维层沿S11的应力分布123
444铺层对冲击性能的影响127
445子弹冲击层合板深度与冲击能量关系129
45本章小结131
参考文献132
第5章螺栓连接碳纤维复合材料层合板的力学性能134
51引言134
52螺栓连接碳纤维复合材料层合板的拉伸性能分析135
521有限元模型135
522有限元分析137
53螺栓连接碳纤维复合材料层合板的低速冲击有限元模拟142
531低速冲击有限元模拟142
532螺栓连接层合板低速冲击有限元模拟146
54本章小结150
参考文献151
第6章碳纤维复合材料层合板的三点弯曲和多次低速冲击
损伤研究15261引言152
62碳纤维复合材料层合板的三点弯曲试验研究153
621试样制备153
622三点弯曲试验方法及过程154
623试验结果与分析155
63碳纤维复合材料层合板的多次低速冲击试验研究167
631试样制备167
632冲击试验方法及过程168
633试验结果与分析169
634冲击损伤及失效机制175
635DIC损伤分析177
64碳纤维复合材料层合板的多次低速冲击有限元模拟180
641层合板的有限元模型180
642数值计算结果与分析182
65本章小结190
参考文献191
结语194

与普通复合材料相比，碳纤维复合材料具有高比刚度、高比强度、良好的可设计性和耐热性。它们被广泛地应用于航空航天、国防军工、汽车制造、船舶、风电叶片等领域。碳纤维复合材料层合板在使用过程中不可避免地受到拉伸、弯曲、低速冲击等形式载荷，会对复合材料内部造成不可见的损伤，如纤维断裂、基体开裂、层间分层等，从而缩短材料的使用寿命。损伤失效过程往往伴随着多种损伤模式，这些损伤模式之间相互作用、相互影响，共同决定了碳纤维复合材料层合板的最终失效行为。当前，碳纤维复合材料层合板的力学性能和损伤失效研究已取得了较大进展，但依然存在很多基础科学问题有待进一步探索。本书是编者近几年关于碳纤维复合材料层合板在不同载荷下的力学性能和损伤失效机理等相关基础研究的总结，旨在帮助读者更好地理解碳纤维复合材料层合板的一些基础科学问题及其在应用过程中的结构设计原理，促进其在工程领域中的应用。
本书是太原理工大学航空航天学院轻质复合材料与结构力学行为研究团队多年来研究成果的反映，得到了山西省高等教育“百亿工程”的资助。全书共分为6章。第1章绪论部分主要介绍相关研究背景、国内外关于碳纤维复合材料层合板的研究现状，以及本书的主要研究内容、方法和意义。第2章主要介绍碳纤维复合材料层合板的拉伸渐进破坏规律和失效机理。第3章主要介绍含孔碳纤维复合材料层合板的孔边应力集中及孔口缝合补强对应力集中和层间应力的影响规律。第4章主要介绍碳纤维复合材料层合板的低速冲击性能、应力波传播规律以及金属层对层合板的抗冲击性能的影响机制。第5章主要介绍螺栓连接方式对碳纤维复合材料层合板力学性能的影响规律。第6章主要介绍不同弯曲速率、不同厚度及不同铺层方式对层合板抗弯曲性能的影响，基于碳纤维复合材料层合板的多次低速冲击试验及数字图像相关（DIC）拍摄结果，结合有限元模拟，系统研究不同冲击能量及不同冲击次数对层合板抗冲击破坏性能的影响机理。书末概括了本书研究获得的重要成果。
本书部分研究工作是探索性的，限于作者水平，书中不足之处在所难免，恳请广大读者批评指正。
郭章新