因其优异的材料性能,铝合金被广泛应用于航空航天等领域;在实际应用中,铝合金结构遭遇高速冲击等动态载荷的事件时有发生。为保证结构在高速冲击或碰撞下,依旧能继续使用,对其抗冲击性能及失效特性的研究具有重要的理论和工程应用价值。目前,对铝合金抗冲击性能及失效特性的研究虽已有报道,但对靶板厚度、弹体头部形状的影响研究还远未形成系统,特别是在两者耦合因素作用下的高速冲击实验研究还很缺乏。近些年,在进行高速冲击的数值模拟时,采用应力三轴度和Lode角同时相关的断裂准则已成为新的发展趋势。但是,很多学者并没有采用Lode角无关的断裂准则进行数值仿真与之进行对比,因此断裂准则中引入Lode角的作用并没有得到全面的揭示。基于以上研究背景,本文以6061-T651铝合金单层板为研究对象,通过实验和数值仿真方法,开展了以下研究:首先,在一级轻气炮系统上开展了平头、半球形头和卵形头弹体高速冲击不同厚度铝合金板的实验,揭示了弹体头部形状和靶板厚度两者耦合作用下,对6061-T651铝合金板抗冲击性能及失效特性的影响规律。结果表明:靶板厚度对不同头部形状弹体的弹道极限的影响是有明显区别的;并且不同头部形状弹体穿甲性能的强弱,与靶板厚度有很大关联。此外,靶板厚度的增大,会明显提升其整体刚度,使得铝合金板更倾向于产生局部的屈服流动而不易发生结构变形;弹体头部形状的变化,会对靶板所受应力状态产生显著影响,从而决定了靶板的最终失效形式。其次,使用ABAQUS/Explicit软件建立与实验工况相对应的有限元模型,并分别采用Lode角相关和无关的断裂准则进行了数值仿真计算。基于实验结果,比较了各断裂准则的预测能力。随后,从失效单元的应力状态角度出发,探究了不同断裂准则尚需改进之处,以及Lode角在不同工况下对仿真结果的影响机理。结果表明:Lode角相关断裂准则的预测结果与实验更为接近,且Lode角对仿真结果的影响与弹体头部形状、靶板厚度存在一定的联系。同时还发现,Lode角无关断裂准则在高应力三轴度下,存在预测断裂应变为负的问题;而Lode角相关断裂准则由于默认Lode角正负对称性,因此会出现低估材料延性的情况。最后,通过数值仿真进行拓展研究,系统性地揭示了靶板厚度和弹体头部形状对铝合金板抗冲击性能及失效特性的影响规律。结果表明:平头弹冲击下,靶板在5～12 mm的厚度区间内,弹道极限递增缓慢;且随着靶板厚度的增加,铝合金板的失效机理会逐渐由广义拉剪破坏转变为广义压剪破坏。此外,随着弹体头部曲率半径比的增大,铝合金中厚板的弹道极限会呈现先递增后减小再增大最后趋于平稳的变化规律,且靶板的断裂机制会从剪切冲塞向拉伸开裂转变。本文的研究成果不仅对铝合金防护结构及穿甲弹的优化设计具有重要的参考和借鉴价值,还可以为优化数值仿真模型、提升仿真结果精度提供一定的实验和理论基础。