叶林，贺鹏飞，李文晓

(同济大学航空航天与力学学院，上海 200092)

0 引言

近年来，纤维增强复合材料由于其卓越的力学性能，如高比强度、高比刚度、高抗疲劳性等，广泛应用于航空航天领域。但在使用过程中会遇到多种冲击事件：维修时的工具掉落可能造成目视不可见的损伤；鸟类和冰雹冲击会对天线罩、飞机风挡、机舱、螺旋桨叶片、机翼前缘等部位造成不同程度的损伤；轮胎碎片可能会撞击密封舱、油箱和机身，造成材料损伤；卫星和航天飞机上的复合材料可能会受到轨道上太空垃圾的超高速冲击，导致结构失效。

传统的金属材料由于其延展性和各向同性，其冲击损伤通常不会导致严重的安全问题，但大多数纤维增强复合材料为各向异性，极易受到冲击破坏[1]。另外，层合板层间性能仅靠树脂提供较为薄弱，分层损伤是复合材料最常见的冲击损伤形式之一。为改善复合材料抗冲击性能薄弱的问题，提高损伤容限，近年来z向纤维增强技术成为了纤维增强复合材料的重要研究课题。按照厚度方向的增强材料引入方式的不同，可以分为z-pin增强复合材料、缝合复合材料、三维纺织结构复合材料等[2]。

z-pin增强技术是在未固化的层板z向植入细杆后成型，效果上可视作利用不连续的缝线进行增强。细杆材料有碳纤维、玻璃纤维、金属等，直径在0.3～1 mm之间。相较于其他的增强方式，z-pin方法易于实现材料的局部增强，操作也比较简单，适用于预浸料成型的复合材料。……