航空、船舶装备用碳纤维复合材料服役阶段易遭受外来物多次低速撞击，持续累积的内部损伤会大幅削弱结构剩余承载能力。依托虾蛄螯足天然螺旋防护结构，本文设计制备仿生交叉螺旋铺层碳纤维层合板，设置同点位重复冲击、异点位双点冲击两类 10 J 低速冲击工况，结合落锤冲击试验、超声 C 扫描无损检测、冲击后压缩（CAI）力学试验，系统分析板材动态冲击响应、内部损伤演化规律与剩余抗压性能。试验结果表明：同一位置反复冲击会不断加剧板材变形与内部损伤累积；冲击次数由 1 次提升至 15 次，板材冲击峰值力上升 20.26%、中心最大变形量增加 26.21%，能量吸收能力下降 70.96%，内部损伤面积扩大 113.67%，随冲击次数持续增加，各项性能与损伤的变化幅度逐步放缓；双点冲击工况下，扩大两点冲击间距能够弱化两处损伤相互干扰，冲击间距由 0 mm 增至 80 mm 时，板材冲击后剩余抗压强度提升 11.02%。工程应用层面可得出结论：构件局部位置长期反复受冲击会显著降低结构损伤容限，合理分散冲击点位、增大冲击作用间距，能够有效提升复合材料构件冲击后剩余承载性能。

1 研究背景

碳纤维增强树脂基复合材料凭借轻量化、高比强度优势，广泛应用于飞机机身、机翼、船舶壳体等装备结构。装备服役过程中，飞机起降阶段跑道碎石、轮胎碎屑，海上航行漂浮杂物均会对复合材料构件形成低速冲击载荷。单次冲击即可引发基体开裂、纤维 - 树脂界面脱粘、层间分层等肉眼不可见的内部损伤；而装备长期运维过程中，同一区域或相邻位置会反复承受撞击，损伤持续叠加后极易诱发结构提前失稳破坏。

自然界生物经过长期演化形成具备优异抗冲击能力的分层螺旋结构，典型代表为虾蛄螯足组织（见图1）。其相邻几丁质纤维层呈小角度旋转排布，单一单元纤维整体旋转 180°，独特螺旋构型能够偏转裂纹、分层扩展路径，依靠界面滑移、摩擦耗散大量冲击能量，可耐受数千次高速撞击不发生失效。以此类天然螺旋结构为原型的仿生复合材料设计，已成为提升复合材料抗冲击损伤性能的重要技术方向。

图1 虾蛄螯足内部由多层旋转纤维单元构成螺旋结构

现有仿生螺旋复合材料研究多聚焦单次低速冲击工况，针对多次冲击的系统性试验较少；已有的多次冲击相关研究大多仅开展单点重复冲击测试，缺少对多点异位置冲击工况的探究，冲击间距、损伤耦合效应与构件剩余力学性能之间的关联机制尚不清晰。针对该研究缺口，本文采用模压成型工艺制备仿生交叉螺旋碳纤维层合板，分别开展单点多次冲击、双点不同间距冲击两组试验，全面分析多次冲击下板材变形、吸能、内部损伤及剩余抗压性能变化规律，为航空船舶复合材料抗冲击结构优化设计提供试验依据。