纤维增强复合材料（fiber reinforced plastics,FRP）具有高比强度、高比模量等优异的力学性能,越来越广泛的应用于载人航天、轨道交通和其他海陆空载体等众多领域的结构设计。详细研究复合材料在冲击载荷下的力学行为,如:失效准则、破坏模式、吸能机理等,对指导复合材料结构设计,提高结构的吸能特性和碰撞安全性有重要的理论意义和应用价值。本文对玻璃纤维和碳纤维增强复合材料吸能结构在冲击载荷作用下的力学行为进行了实验研究、数值分析和优化设计,主要研究内容包括:（1）研究了轴向压缩载荷作用下玻璃纤维增强复合材料（glass fiber reinforced plastics,GFRP）薄壁吸能结构的几何参数、填充介质、多材料混合等因素对其吸能特性的影响。首先对有、无填充介质的玻璃纤维增强复合材料圆形截面薄壁吸能结构进行了实验研究。基于实验数据,建立和标定数值分析模型。然后根据数值模型,分析了几何参数的连续变化、泡沫密度的大小、金属-复合材料混合等因素对结构吸能特性的影响规律,并考虑了各影响因素之间的耦合效应。结果表明:玻璃纤维增强复合材料薄壁吸能结构的单位质量吸能量（比吸能,specific energy absorption,SEA）可以通过结构参数变化、泡沫填充、金属材料复合等方式进行提高。（2）研究了动静态压缩载荷作用下玻璃纤维增强复合材料薄壁吸能结构的铺层角度和铺层方式对其吸能特性的影响。基于标定的数值模型,分析了多种铺层方式和铺层角度对GFRP结构吸能特性的影响规律。基于统计分析和数学回归模型,对铺层方式和铺层角度进行了优化设计,得到了设计区间内的最优铺层方式和铺层角度。进一步对最优结构进行试件制备和冲击载荷作用下的实验研究,验证了数值结果的有效性。考虑到实际工程问题中,载荷方向的随机性和不确定性,建立了多种倾斜角度冲击载荷作用下的数值模型,并与铺层角度进行耦合分析,研究载荷倾角和铺层角度同时变化时,复合材料圆形截面薄壁结构的吸能性能。最后,对结构进行了轴向落锤冲击压缩试验,对比了动静态载荷下结构的吸能性能。结果显示:适当的增加轴向铺层的比例可以明显的提高结构的比吸能;泡沫填充可以明显改善结构在倾斜压缩载荷下的吸能性能;GFRP圆形结构在动态载荷下的吸能性能有所降低。（3）研究了碳纤维增强复合材料（carbon fiber reinforced plastics,CFRP）铺层方式与铺层角度对其应变率效应的影响。对两种铺层方式的T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板进行了高应变率下的冲击实验,获得层合板的宏、细观破坏模式,同时考虑多种应变率下纤维与冲击载荷方向夹角变化对力学性能的影响,利用功效系数法对碳纤维层合板在不同应变率下的冲击性能进行分析。结果显示:冲击载荷下碳纤维层合板的力学行为表现出显著的应变率效应,无论是正交板还是单向板,当纤维方向与载荷方向一致时,层合板的强度和模量的应变率增强效应最大。通过扫描电镜下的观察,随着应变率提高,纤维与基体之间界面处的基体材料变形增大,界面的破坏模式也发生变化,进一步表明复合材料的应变率效应与纤维和基体间的界面力学行为有关。（4）研究了纤维与基体界面的力学性能和基体材料的力学性能对纤维增强复合材料整体结构性能的影响。基于实验结果修正了材料率相关的宏观本构模型,采用多层壳单元建立了碳纤维层合板冲击载荷作用下的宏观尺度数值模型,预测材料在不同冲击角度和不同应变率下的动态力学性能。对复合材料中的纤维和基体分别模拟,生成了碳纤维增强复合材料的细观尺度数值模型,分析界面强度、基体材料泊松比等对复合材料整体结构力学性能的影响。结果表明:纤维与基体间界面的强度越大,整体结构的强度与韧性也越大,基体的泊松比对整体结构的强度和韧性的影响规律表现出明显的非线性特性。