热塑性聚合物具有在特征温度（玻璃化转变温度或者熔点）以下物理、机械性能良好的特点,且加工工艺简单、制备成本低,是一种典型的轻质高性能工程结构材料,在航空航天、车辆工程和国防军工等领域中有着广泛的应用。在一些极端环境下服役时,热塑性聚合物不可避免的会受到冲击载荷作用,此时如果结构材料发生意外破坏则会带来不可估量的损失。为此,研究动态加载下热塑性聚合物材料的冲击响应和损伤机理,对实际应用中材料的结构设计优化和安全寿命评估有着重要意义。本文挑选出三个具有代表性的热塑性聚合物材料,分别是:具有一定取向结构的半结晶热塑性聚合物聚醚醚酮（PEEK）,处于非晶态的半结晶热塑性聚合物聚对苯二甲酸乙二醇（PET）和典型的无定形热塑性聚合物聚碳酸酯（PC）。采用先进的动高压加载技术和诊断技术,对选定的热塑性聚合物材料开展冲击压缩、层裂回收和高速侵彻实验,系统性探究超高应变率加载下热塑性聚合物材料的冲击响应和损伤机理。取得的创新性成果如下:（1）基于一级轻气炮加载装置,分别利用对碰法和反碰法测量PET和PEEK两种热塑性聚合物的Hugoniot状态方程参数。研究表明,在0.24–2.17 GPa范围内PEEK的Hugoniot状态方程满足线性关系。而PET材料的us–up关系在冲击应力小于1.0 GPa时呈现为二次型;大于1.0 GPa时呈现直线型。这种较低冲击应力下的非线性关系与材料的塑性屈服和分子间/链间作用力有关。同时观察到超高应变率加载下PET的卸载熔化现象,测得其高压折射率与相对密度的线性关系,且该材料只能在～2.5 GPa以下保持光学透明性。（2）基于一级轻气炮和激光加载装置,对PEEK、PET和PC三种热塑性聚合物材料开展层裂回收实验,获得超高应变率加载下三种材料的层裂数据,初步揭示了热塑性聚合物在不同冲击应力下层裂特性和损伤机制的差异。研究表明,PEEK是应变率敏感材料,其层裂强度随冲击应力的增加呈现出先上升后下降的变化趋势,在1.32 GPa处出现的转变可能是高冲击应力下温度升高造成的影响。PET同样为应变率敏感材料,其层裂强度随应变率的增加而增加。同时发现在超高应变率激光加载下PET和PC均出现了卸载熔化现象,与中低应变率下的测量结果相比,观察到明显的应变率强化效应,揭示了半结晶热塑性聚合物分子链段运动对应变速率的依赖性和敏感性。结合材料自由面速度时程曲线进行分析,总结出热塑性聚合物材料在层裂过程中的损伤演化速率呈现“快-慢-快”三段式的特点。（3）基于高分辨显微CT表征技术,对层裂实验获得的回收样品进行三维微结构表征,揭示了超高应变率冲击加载下热塑性聚合物的层裂损伤演化过程。以PEEK和PET为例,对热塑性聚合物的宏观动态力学性能与微观变形损伤模式建立了基本认知。研究表明,在PEEK层裂回收样品的CT表征结果中观察到,裂纹在冲击加载方向上扩展较为严重,这种损伤模式可能与材料的取向结构相关,即冲击过程中半结晶热塑性聚合物更容易在垂直于取向方向上发生脆性断裂。在PET层裂回收样品的CT表征结果中观察到,独立小孔洞的形状在低速冲击下为细长形,而在高速冲击下转变为椭球形。这种孔洞形态的差异揭示了热塑性聚合物在冲击加载下的两种损伤模式,即低速下的链间断裂和高速下的链内断裂。（4）基于二级轻气炮加载装置,对PC开展高速侵彻实验。使用高速摄影技术捕捉动态侵彻过程中弹丸的运动轨迹和空腔/损伤的演变过程,使用三维激光扫描、光学成像和CT表征技术对回收的弹丸和样品进行三维表征,揭示了无定形热塑性聚合物材料在不同冲击速度下侵彻损伤形态和破坏机制的差异。研究表明,在超高应变率弹道冲击下,发现最大穿透深度dm与冲击速度vi之间的非单调变化关系,这与高冲击速度下弹丸的严重变形有关。侵彻回收样品中观察到明显的塑性变形区域,CT结果显示样品的损伤范围和裂纹体积随着冲击速度的增加显著增大,且由裂纹和孔洞组成的损伤网络具有相似的分形维数特征。不同冲击速度下观察到不同的损伤形貌:低速冲击下裂纹呈片状且气孔较少;而高冲击下裂纹呈针状且气孔较多。基于Johnson-Cook本构模型和Mie-Grüneisen状态方程参数,对PC的高速侵彻过程展开有限元模拟,较好地再现了包括弹坑和弹丸参数在内的实验观测结果。在考虑弹丸变形的情况下,对Poncelet模型进行了修正,建立了一套用于预测高速冲击下弹丸变形和最大侵彻深度的数值分析方法。