近日，合肥工业大学机械工程学院赵昌方副教授，联合西安交通大学、俄罗斯莫斯科国立大学、俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究院及哈尔滨工业大学等单位，在超薄碳纤维增强复合材料（CFRP）圆管动态冲击压溃研究领域取得突破性成果，相关论文发表于机械工程领域权威期刊International Journal of Mechanical Sciences（JCR Q1，TOP期刊，即时IF=11.3）。

图1  考虑率相关损伤的超薄CFRP圆管冲击压溃行为。

        CFRP是高端装备轻量化抗冲击结构的关键材料，但其在高速冲击下的应变率效应、多模式损伤耦合与分层行为复杂，传统率无关模型与内聚力模拟方法难以兼顾精度与效率。针对这一难题，该研究团队建立了考虑率相关行为连续介质损伤力学本构模型，将率效应嵌入损伤演化框架，实现了无需依赖内聚力单元即可高效模拟分层失效的效果。

    通过落锤冲击实验与有限元仿真，系统研究了[0°]、[0°/90°]、[90°]、[±45°]四种铺层下CFRP圆管的动态压溃行为；基于Abaqus/Explicit编写VUMAT子程序实现了模型数值求解，并利用SHPB实验完成了参数标定。结果显示，该模型可精准复现各类铺层管的失效模式，力-位移曲线、峰值力与比吸能（SEA）预测值与实验吻合较好，例如[0°/90°]管SEA的预测误差小于0.1%。该研究同时揭示了冲击区内500–2000 s⁻¹高应变率场分布规律，明确损伤累积区域是率相关硬化的核心作用区；通过超细网格扇区分析，阐明了[0°]管中面内裂纹与分层耦合抑制贯通断裂的机制。

    该研究成果为超薄CFRP抗撞结构的精细化设计与数值仿真提供了高效可靠方法，对航空航天、轨道交通、新能源汽车等装备的轻量化安全设计具有重要工程应用价值。

    俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究院Alexey Fedorenko研究科学家、合肥工业大学赵昌方副教授、西安交通大学刘浩副教授为论文的共同第一作者，西安交通大学刘浩副教授和哈尔滨工业大学刘琛研究员为论文的共同通讯作者，莫斯科国立大学Boris N. Fedulov教授和Evgeny Lomakin院士为论文的共同作者。该研究得到了国家重点研发计划、黑龙江省重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、国家资助博士后研究人员计划、博士后科研业绩评估考核资助和莫斯科国立大学跨学科科学与教育学院项目的共同资助。天津昂林贸烽高新材料有限公司对CFRP样品制备提供了大力支持。

    文章标题：Damage-rate-dependent model for impact crushing of thin-ply CFRP tubes

    文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2026.111268