Page 156 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 李天宇，等： 典型爆炸冲击载荷下T800碳纤维层合板的损伤特性 第 3 期

mathematical methods incorporating boundary condition equivalence and overpressure equivalence principles to ensure a fair
and accurate comparison. The results show that, after spherical fragment penetration, the T800/3200 CFRP laminate generates
a delamination damage zone resembling a truncated cone, with the volume of the cone decreasing as the penetration velocity of
fragments increases. The T800/3200 CFRP laminate exhibits inferior performance against fragment penetration compared with
aerospace aluminum but offers significantly enhanced blast resistance. This characteristic makes it more effective in
maintaining structural safety and aerodynamic stability during flight missions under explosive threats. The findings provide
theoretical and empirical support for improving the safety and reliability of aerospace vehicles through optimized material
selection and structural design.
Keywords: T800 carbon fiber reinforced composite laminate; 2024-T3 aerospace aluminum; fragment penetration; explosive
shock wave; damage mode

在航空航天领域，飞行器的安全性和可靠性是其设计制造过程中的重要考量因素。碳纤维在经过
编织、叠层并混合高韧性的环氧树脂后制成的碳纤维增强复合材料（carbon fiber-reinforced polymer，
CFRP）具有比模量大、比强度高及机械性能优异等特点，能够有效改善飞行器的结构性能，使 CFRP 在各
类航空航天器结构如火箭外壳 、大飞机 [2] 与战机 [3] 结构件中被大量使用。自 1971 年碳纤维规模化生
[1]
产以来，其制造工艺不断进步，可量产的碳纤维材料强度也不断提高。最初一代 T300 的拉伸模量为
230 GPa，拉伸强度为 3.53 GPa，目前大规模应用的还有强度更高的 T700 与 T800 型号碳纤维，其中
T700 型碳纤维的拉伸模量与 T300 相近，拉伸强度比 T300 提高约 40%；T800 型碳纤维比 T300 拉伸模量
提高约 30%，拉伸强度更是提升高达 60% 。目前，战斗机蒙皮和部分承力结构多采用 CFRP 制备，飞机
[4]
[5]
结构材料的选用主要考虑的影响因素是材料的冲击损伤 ，在遭遇防空武器袭击时，飞机结构材料的抗
冲击性能对战机生存有着至关重要的影响。目前，防空战斗部主要通过破片与冲击波超压 2 种模式对
目标造成毁伤 [5-6] ，因此，需对破片与爆炸冲击波 2 种载荷作用下 CFRP 的损伤特性进行研究。
对 CFRP 已开展了大量研究。洪诗婷 、刘亮等 [8] 分别对 T300 与 T700CFRP 的力学性能进行了大
[7]
量试验研究，给出了相关材料性能参数。Chen 等 [9] 研究了不同高分子材料基体对 T800CFRP 力学性能
的影响。Nettles [10] 通过试验给出了 T1100/3 960 型 CFRP 的力学性能参数。
针对破片在冲击载荷下对 CFRP 的毁伤模式，Naik 等 [11] 与 Bresciani 等 [12] 先后通过理论研究给出了
CFRP 柔性薄板和厚板遭受破片冲击后的能量吸收机制模型，并据此给出了 CFRP 层合板的弹道极限速
度模型。Ngyuen 等 [13] 通过试验研究了 CFRP 在破片冲击载荷下的毁伤过程，认为 CFRP 的侵彻毁伤模
式分为剪切冲塞与凸起形成 2 个阶段，分别通过纤维剪切失效与拉伸失效 2 种机理吸收冲击动能。董高
雄等 [14] 对球形破片侵彻 CFRP 层合板弹道极限速度的理论模型进行了完善与修正，并在很广的参数范
围内通过了试验验证。丛超男等 [15] 对近年来 CFRP 层合板的弹道极限速度理论进行了总结，将各弹道
极限速度模型总结为半经验、理论与数值模拟 3 类计算方法，并展望了神经网络结合等新的数值模拟方
法。邓云飞等 [16] 通过试验研究了 T300 型 CFRP 层合板在半球形弹体不同入射角度下的毁伤模式，得到
高速冲击下，正冲击时冲击动能吸收最多的规律。王佳富 [17] 、周俊杰等 [18] 分别对低速冲击下 T300 与
T700 型 CFRP 层合板的损伤特性进行了试验与理论研究。
针对爆炸冲击波载荷下 CFRP 的毁伤模式，Hashin [19] 建立了基于二次应力多项式的纤维复合材料的
失效准则，为后续的理论与模拟研究建立了理论基础。Langdon 等 [20-21] 通过试验研究并总结了 CFRP 在
爆炸冲击波载荷下的响应，发现在爆炸载荷下，CFRP 层合板的失效模式包括层间剥离、界面脱黏、纤维
断裂、填充层的塑性变形和破裂。Coles 等 [22-23] 通过试验与数值模拟研究了 T300 型 CFRP 层合板在冲击
波载荷下的毁伤模式。解江等 [24] 通过试验与数值模拟研究了 T700 型 CFRP 层合板在冲击波载荷下的
毁伤模式，发现 CFRP 层合板的迎爆面与背爆面的失效模式存在差异，背爆面处相比迎爆面吸收转化了
大部分能量，吸收能量占比随着层合板的厚度不同而变化。
现有的试验研究多集中于 T300 和 T700 型 CFRP 的损伤特性，对更高性能的 T800 型 CFRP 的针对
性研究则较少。周逃林 [25] 研究了不同硬物低速冲击 T800 型 CFRP 层合板的损伤模式，李厚伯 [26] 、尚晓

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