为抵御捕食者的伤害和适应复杂多变的环境,自然界中的大量生物进化出了具备高强度、高韧性以及良好耗能机制的生物结构。其中,贝壳中的珍珠母就具备一种良好抗冲击性能的生物结构。它是一种由脆性文石片和软有机质组成的复合材料,在微观尺度上具有复杂的多级结构。本文通过模拟珍珠母“砖-泥”式的微观结构,以具有高强度、高硬度、低密度以及化学惰性的氧化铝陶瓷替代文石片,以具有高韧性、低密度、耐磨和耐腐蚀的聚脲替代软有机质,设计了仿珍珠母陶瓷/聚脲复合板。文中基于数值模拟方法研究了靶板结构参数和弹体参数对仿珍珠母陶瓷/聚脲复合板抗弹体冲击性能的影响;同时,制备了仿珍珠母陶瓷/聚脲复合板,采用一级轻气炮作为加载设备,开展了仿珍珠母陶瓷/聚脲复合板的高速冲击试验,研究了仿珍珠母复合板的高速冲击力学行为。本文的主要工作具体如下:首先,建立总体尺寸相同、内部结构参数不同的仿珍珠母陶瓷/聚脲复合板,基于SPH方法对其受平头弹高速冲击的过程进行数值模拟,分析了聚脲厚度、陶瓷片大小和层数对仿珍珠母复合板在不同冲击速度下抗冲击能力的影响,并将复合板与纯陶瓷板的抗冲击性能进行了对比。结果表明:在不同冲击速度下,聚脲厚度、陶瓷片大小、层数对复合板抗冲击能力的影响呈现不同的规律;总体上,聚脲厚度和层数比陶瓷片大小对复合板抗冲击能力的影响更显著;当冲击速度较低时,复合板的抗冲击能力均优于纯陶瓷板,当冲击速度较高时,纯陶瓷板的抗冲击能力可能优于某些结构参数的复合板;从提高仿珍珠母复合板的弹道极限速度来看,在本文研究的参数范围内,聚脲厚度越大越好,层数越多越好,而陶瓷片尺寸则越小越好。同时,分析了陶瓷片形状的影响,对比了单片陶瓷片为四边形和六边形的仿珍珠母复合板的抗冲击性能。分析结果表明:当聚脲厚度较小时,六边形复合板抗冲击性能更好;当聚脲厚度较大时,两者的抗冲击性能差异与冲击速度有关。另外,还讨论了聚脲材料的延性对仿珍珠母复合板抗冲击性能的影响。研究结果表明:聚脲材料的延性对仿珍珠母复合板的抗冲击性能有较明显的影响,并且在弹体冲击速度较低时的影响更大。然后,针对给定的仿珍珠母陶瓷/聚脲复合板,基于SPH方法对四种相同质量、不同形状的弹体正侵彻仿珍珠母复合板的过程进行数值模拟,研究了弹体形状对仿珍珠母复合板抗冲击性能的影响,预测了复合板在不同形状弹体正侵彻下的弹道极限速度。模拟结果表明:圆头弹侵彻复合板的弹道极限速度最大,然后由大到小依次为卵头弹、球形弹、平头弹;球形弹冲击引起的复合板的损伤区域最大,卵头弹冲击引起的损伤区域最小;四种形状的弹体冲击引起的复合板背面鼓包直径基本一致,鼓包的区域局限在冲击点对应的陶瓷片及其相邻的陶瓷片内;在平头弹、圆头弹和卵头弹冲击下,复合板背部的损伤区域呈锥形分布,而在球头弹冲击下这种锥形分布的特征不明显。进一步基于SPH方法对不同形状的弹体斜侵彻仿珍珠母复合板的过程进行了数值模拟,研究了弹体倾角对复合板抗冲击性能的影响,分析了弹体的剩余速度变化和跳弹角度。数值模拟结果表明:不同形状弹体的剩余速度均随着弹体入射角的增大而减小,且下降速率逐渐增大;在冲击速度为903.9 m/s时,弹体跳飞的临界角度在70°至75°之间。最后,以96氧化铝陶瓷和SWD 9526聚脲为试验材料,制备了仿珍珠母陶瓷/聚脲复合板试样。采用一级轻气炮系统作为加载设备,通过高速摄像机记录弹体冲击靶板过程,开展了仿珍珠母复合板的高速冲击试验,研究了仿珍珠母复合板的高速冲击力学行为,并与相近面密度的纯陶瓷板进行了对比。结果表明:仿珍珠母复合板在弹体高速冲击下整体结构保持完好,损伤区域直径小于弹体直径的3.5倍,而纯陶瓷板出现整体损伤,其中心区域出现粉碎性破坏,产生直径大于7倍弹体直径的孔洞,这表明仿珍珠母复合板在抗弹体多点冲击方面比纯陶瓷板有优势;试验测得弹体以343.9 m/s侵彻仿珍珠母复合板的剩余速度为227.7 m/s,而弹体以310.4 m/s侵彻纯陶瓷板的剩余速度为157.5 m/s,这说明本文制得的仿珍珠母复合板在抗侵彻能力方面较纯陶瓷板偏低,因此,仍需从聚脲材料选择、复合板结构参数以及制备工艺等方面进一步优化,在保持损伤小的优势下提高抗侵彻能力。目前,关于仿珍珠母陶瓷复合结构的高速冲击试验很少有公开报道,文中得到的试验数据可以为后续相关研究提供重要参考。