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纤维金属层板(FML，Fibre-Metal Laminate)是一类由金属薄板和纤维增强复合材料交替层压而成的超混杂复合材料，具有高比强度、低密度、高韧性及优异的阻燃、耐冲击和耐腐蚀等优点，目前已成功应用于波音和空客系列飞机，并在航空工业具有广泛应用前景。另一方面，鸟撞、冰雹、跑道碎片和工具敲打等造成的冲击损伤是航空机身结构件的一种重要损伤形式。为满足飞机结构设计的安全性和稳定性要求，抗冲击性能评估已成为民用和军用飞机结构设计的重要标准之一。FML抗冲击力学特性研究成为国内外研究热点之一。FML抗冲击力学特性研究主要采用实验和数值仿真方法。迄今，准确表征复合材料铺层复杂损伤模式和失效过程的损伤模型依然是FML冲击有限元数值仿真的一项基础工作，也是其重点和难点问题，并且缺乏对复合材料模型适用性的讨论。另外，针对“材料参数”和“事件参数”对FML低速冲击载荷下损伤行为和动态响应特性影响的数据依然缺乏，对FML高速冲击载荷下的损伤行为和动态响应特性影响的数据更是鲜见报道，有待进一步深入研究。基于以上背景，本文首先针对FML中的复合材料铺层，分别建立了二维连续介质损伤力学模型和三维渐进损伤模型，结合实验讨论了模型参数获取问题，并编写了用户材料子程序；然后，采用所建立的复合材料损伤模型，结合动态显式算法进行了FML冲击有限元数值仿真建模，通过实验验证了数值仿真方法的有效性，并讨论了复合材料模型在FML冲击有限元数值仿真上的适用性问题；最后，采用实验和数值仿真相结合的方法，系统研究了FML抗低速、高速冲击力学特性，并重点研究了“材料参数”和“事件参数”对FML冲击损伤行为和动态响应特性的影响规律。本文主要研究内容如下：第一，建立一种考虑纤维拉伸损伤演化、弹性模量拉压异性及面内剪切塑性的二维复合材料连续介质损伤力学模型。基于连续介质损伤力学理论，考虑复合材料纤维拉伸损伤演化规律和纤维方向、横向弹性模量拉压异性效应并结合塑性方程，在平面应力状态下分别建立了忽略和计及面内剪切塑性应变的两种连续介质损伤力学模型，并以FML复合材料铺层——S2-Glass/Epoxy叠层复合材料为例讨论了模型参数获取问题；最后将所建立的模型编写成用户材料子程序，并进行了验证。第二，建立一种考虑剪切非线性，包含剪切损伤初始准则和纤维方向、横向弹性模量拉压异性效应并采用应变描述的复合材料三维渐进损伤模型。以采用应力描述的Hashin准则为基础，考虑复合材料剪切非线性力学响应特性和纤维方向、横向弹性模量拉压异性效应并补充剪切损伤初始准则，建立了采用应变描述的复合材料三维损伤初始准则；然后建立了采用应变描述的损伤演化方程，进而建立了可描述损伤初始和演化过程的复合材料三维渐进损伤模型；最后将所建立的模型编写成用户材料子程序，并进行了验证。第三，讨论和阐述复合材料模型在FML冲击有限元数值仿真上的适用性问题。结合动态显式算法，采用所建立的复合材料二维连续介质损伤力学模型和三维渐进损伤模型以及ABAQUS自带的材料模型对FML落锤冲击或弹道冲击实验进行了数值仿真建模，通过实验验证了数值仿真方法的有效性，并重点阐述了复合材料模型的适用性问题。结果表明，采用二维连续介质损伤力学模型可描述低能量冲击载荷下FML中复合材料铺层的损伤行为，但如果冲击能量较高导致FML发生穿透或接近穿透时二维模型不再适用，不能客观反映冲击载荷下复合材料的动态响应和失效过程；采用三维渐进损伤模型可较理想地预测低速、高速冲击载荷下复合材料铺层的动态响应和失效过程。第四，利用实验和数值仿真相结合的方法，开展FML抗低速冲击力学特性研究。采用落锤实验获取了低速冲击载荷下FML的动态响应特性和损伤模式，分析了机理，并获取了重复冲击、温度环境以及金属铺层材料特性对FML冲击损伤行为和动态响应特性的影响规律；采用数值仿真方法获取了冲击体尺寸对FML低速冲击载荷下的损伤行为和动态响应特性的影响规律。第五，利用实验和数值仿真相结合的方法，开展FML抗弹道冲击力学特性研究。采用轻气炮高速冲击实验获取了不同冲击角度下FML的损伤模式和弹道极限方程，并获取了冲击角度、重复冲击等冲击条件对FML弹道冲击损伤行为和动态响应特性的影响规律；采用实验和数值仿真相结合的方法给出了边界效应对FML抗弹道冲击力学特性的影响机制；采用数值仿真方法获取了FML铺层厚度及铺设方式对FML抗弹道冲击力学特性的影响规律。综上，针对冲击载荷下FML损伤行为和动态响应特性，本文分别建立了复合材料二维连续介质损伤力学模型和三维渐进损伤模型，并阐述了复合材料模型在FML冲击有限元数值仿真上的适用性问题，在此基础上系统研究了FML抗低速、高速冲击力学特性及“材料参数”和“事件参数”对FML冲击损伤行为和动态响应特性的影响规律。本文研究结果将为新一代FML材料研发设计、飞机机身FML结构件冲击损伤风险评估及其优化设计提供技术参考。