高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosives,PBXs)是由高能单质炸药和高聚物粘结剂等组成的聚合物基高能炸药,在生产、运输和储存等过程中PBX炸药承受复杂应力条件,系统研究PBX炸药在各种载荷作用下的力学行为,它对于评估PBX炸药使用寿命、使用安全性和可靠性都具有重要的意义。本文主要对PBX材料在不同温度条件下的准静态力学性能进行实验研究,并对PBX材料在宏观及细观尺度上的断裂破坏进行数值模拟研究,主要内容包括:在实验方面,采用巴西实验研究PBX模拟材料在室温到90°C时的准静态拉伸力学性能,证实随着温度升高,PBX材料抗拉能力降低;采用平台巴西实验测量PBX模拟材料在不同温度下的断裂韧性等参数;根据数字图像相关(DIC)方法测得宏观位移及应变场,研究PBX材料宏观变形破坏机理;通过扫描电镜观察断面形貌,结果表明,随着温度的升高,PBX模拟材料的破坏由穿晶断裂的脆性破坏向沿晶脱粘破坏以及脱粘和颗粒破碎的复合破裂模式转变;对不同长径比的PBX模拟材料的圆柱试样进行单轴压缩实验,分析尺寸对PBX模拟材料破坏模式和力学性能的影响;对长径比为1.0的PBX模拟材料圆柱试样进行不同温度下的单轴压缩实验,并结合三维DIC方法测量了圆柱试样的离面位移场和应变场,结合断口形貌,分析其破坏模式,结果证实在高温条件下,周向拉伸作用是导致PBX模拟材料失效的主要原因。颗粒和粘结剂的界面是PBX炸药的薄弱之处,因此设计新的实验方法尝试测量了PBX材料颗粒和粘结剂的界面脱粘强度。借助DIC方法对TATB基的PBX-1和HMX基的PBX-2两种PBX炸药材料进行单轴拉伸和单轴压缩实验,研究两种炸药材料在较宽温度(-40°C~200°C)和机械载荷耦合作用下的力学性能和破坏演化过程,结果证实两种PBX炸药热软化效应和拉压不对称性明显,抗拉强度及拉伸模量远低于抗压强度和压缩模量。在常温和低温下,两种炸药在拉伸载荷下脆性明显,没有明显的屈服阶段;但当温度高于100°C时,塑性变形增大。PBX-1拉伸强度高于PBX-2,是由于PBX-1中的F2314的力学性能以及TATB与F2314的界面结合强度决定的。而PBX-2压缩强度高于PBX-1,这是由于PBX-2中炸药颗粒为HMX的抗压能力高于PBX-1中的TATB。由于β-HMX在180°C左右发生相变,因此在185°C和200°C时PBX-2的力学性能与在100°C~155°C时有明显差别。不同温度下两种炸药拉伸破坏形貌和变化规律不同,主要是由于其粘结剂的成分和含量不同造成的。在宏观数值模拟方面,通过二次开发实现了嵌入式粘聚裂纹模型,采用单胞模型、单轴拉伸及三点弯实验进行初步验证,可有效地模拟裂纹的起裂及扩展过程。采用该模型模拟PBX材料不同预制裂纹长度的半圆盘弯曲实验,模拟I型裂纹的断裂过程,并预测其失效载荷;采用临界距离理论进行对比分析,结果发现,两种方法预测的结果与实验结果吻合较好,且方法简便,可用于分析PBX材料的应力集中问题。考虑PBX炸药的细观非均匀性,将材料参数由威布尔随机分布离散,建立细观非均匀的巴西实验模型,采用嵌入式粘聚裂纹模型预测了在不同温度下PBX-M的拉伸强度。在细观尺度上对PBX的力学行为及变形破坏过程进行了模拟研究。采用零厚度的粘结单元作为模拟裂纹单元,通过自编程序嵌入到实体单元的边界上,建立基于真实PBX细观结构的有限元模型,研究PBX炸药在拉伸压缩以及含初始损伤条件下的力学特性和破坏模式。考察初始损伤对PBX力学性能的影响,发现PBX拉伸/压缩模量以及抗拉/压能力降低;在受拉时颗粒表面微裂纹张开并扩展,解释了在室温破坏中出现穿晶断裂的主要原因;在压缩过程中,预制裂纹的闭合导致应力集中,使得周围颗粒破碎,抗压强度降低,且塑性变形能力减弱。此外,模拟了应变率及材料模量对PBX炸药力学性能的影响。