K-cor夹层结构是一种通过Z-pin的植入进行Z向增强的复合材料夹层结构,具有比强度高、可设计性强等优点,在航空航天、交通运输等领域具有广阔的发展前景。本文针对高速冲击防护结构的设计特点,提出了一种双层K-cor夹层结构,并通过高速冲击试验,评估了双层K-cor夹层结构的高速冲击性能,分析了其在高速冲击作用下的失效机理和损伤行为。然后采用数值模拟的方法,建立了双层K-cor夹层结构高速冲击有限元模型,对试验过程进行了有限元模拟,并利用试验数据验证了有限元模型的可靠性。最后采用有限元模型,研究了双层K-cor夹层结构的材料选择及其结构参数对高速冲击性能的影响规律,获得了高速冲击增强夹层结构的结构设计方法。(1)针对已有的制备工艺,改进了K-cor夹层结构的成型方法,采用真空袋固化的方式制备了K-cor夹层结构试验试样。采用高速冲击试验,获得弹道极限速度表征的双层K-cor夹层结构的高速冲击性能,并具体分析了双层结构、Z-pin的植入以及泡沫型号等材料及其结构参数对弹道极限速度的影响。结果表明,双层结构较单层结构具有更强的高速冲击性能;Z-pin在高速冲击过程中具有失效吸能和分散传播应力波的双重作用,泡沫密度对高速冲击性能影响较小。(2)建立了与高速冲击试验相对应的有限元模型,并将弹道极限速度的模拟值和模型损伤情况与高速冲击试验进行了对比。研究结果表明,有限元分析得到的弹道极限速度与试验值相比均有所增大,双层结构的模拟值偏差较大,最大偏差的模拟值比试验值高出14.73%;模拟中整个冲击过程用时150μs左右,与试验的163μs较为接近;将模拟结果的损伤行为与试验结果进行对比,其冲击过程和损伤形式等方面均与试验结果吻合,验证了模型的可靠性。(3)在验证过模型可靠性的基础上,进一步分析了双层K-cor夹层结构的高速冲击响应,研究了双层K-cor夹层结构材料及其结构参数对高速冲击性能的影响。研究结果表明,(1)双层K-cor夹层结构的中间面板对冲击弹体的减速效果最明显,其泡沫芯材对弹体的减速效果也优于单层结构;(2)冲击过程中的最主要吸能形式为面板损伤吸能,泡沫与Z-pin的作用相对较小;玻纤复合材料面板的双层K-cor夹层结构相比于碳纤维和芳纶纤维,具有更好的高速冲击性能;面板厚度的分配对于双层K-cor夹层结构的高速冲击性能的影响有限;面板总厚度的增加会使面板的能量吸收大幅度提高,但同时也会使整体重量明显增加;(3)增大Z-pin的植入角度(0°~45°),提高Z-pin的植入密度和增大Z-pin的直径均可以提高K-cor夹层结构的高速冲击性能,其中提高Z-pin的植入密度为最切实有效的方法;(4)增大中间面板与入射面板的距离可以提升双层K-cor夹层结构夹层结构的高速冲击性能,但提升效果有限。