金属材料广泛运用在国防工业和民用工程中,了解金属结构在强载荷作用下的响应和破坏对武器和防护结构的设计和安全评估有着重要的意义。为了研究金属材料在大变形、高应变率、高温等复杂载荷作用下的动态力学行为,建立一个能够描述金属材料在不同加载条件下力学行为的动态本构模型和失效准则变得十分重要。本文的主要内容和创新性成果如下:(1)对Johnson-Cook(JC)本构模型和失效准则的精确性进行了评估。将JC本构模型和失效准则的预测结果和2024-T351铝合金、6061-T6铝合金、OFHC铜、4340钢、Ti-6A1-4V钛合金、Q235软钢这六种金属材料的实验数据进行比较,发现JC本构模型可以较准确地描述中低应变率和中低温度范围内Mises材料的力学行为,对于非Mises材料在较高应变率和较高温度条件下真实应力-真实应变关系的预测结果与实验数据吻合得较差;JC失效准则没有考虑Lode角对断裂应变的影响,不能准确预测金属材料在不同加载条件下的失效行为。采用JC本构模型和失效准则对平头弹正撞2024-T351铝合金靶板进行数值模拟,发现数值模拟结果与实验数据差别较大,进一步说明JC本构模型和失效准则有较大的缺陷。(2)在分析现有金属材料实验数据的基础上,建立了金属材料新的动态本构模型,该模型由强度模型和失效准则组成。强度模型考虑了 Lode角(准静态拉伸、剪切应力状态的真实应力-真实应变关系)、应变率和温度等因素对强度的影响;失效准则考虑了应力三轴度、Lode角、应变率和温度等因素对断裂应变的影响。强度模型提出了新的动态增强因子表达式,且可以由已知某塑性应变处的动态增强因子求解得到另外任意塑性应变处的动态增强因子;基于实验观察到的不同应变率下的真实应力-真实应变曲线是近似平行的,提出了新的应变硬化项和应变率效应的耦合形式;提出了新的非线性函数来描述温度效应。失效准则的准静态部分只需要光滑圆棒拉伸实验和纯剪切实验来标定其两个材料参数。(3)对金属材料新的动态本构模型的精确性进行了验证。模型预测结果与许多的金属材料在不同加载条件下的实验数据进行了比较,从准静态条件下的真实应力-真实应变关系(拉伸和剪切)、应变率效应、温度效应、失效准则四个方面进行了分析和比较,发现新本构模型可以准确地描述金属材料在不同应力状态、不同应变率和不同温度条件下的力学行为和破坏。(4)采用数值模拟方式对金属材料新的动态本构模型的精确性进行了进一步验证。通过单单元模型的数值模拟验证了数值仿真结果的有效性;对准静态2024-T351铝合金光滑圆棒和缺口圆棒单轴拉伸进行了数值模拟,数值模拟结果与实验观察的杯锥形貌一致;对平头弹和球头弹撞击2024-T351铝合金靶板进行数值模拟,数值模拟结果与实验观察到的弹体残余速度以及穿透模式吻合得很好。(5)利用建立的金属材料新的动态本构模型对平头弹撞击不同厚度Q235软钢单层靶板动态响应和破坏进行了数值模拟。数值模拟预测的弹体残余速度以及弹道极限均和实验结果较为吻合,数值模拟预测单层靶从伴随整体变形的简单剪切破坏转变为局部化绝热剪切破坏的临界厚度在6-7mm之间,这与理论预测的H_c为6.2mm相一致。在单层板数值模拟结果的基础上,对平头弹撞击Q235钢双层靶板和三层靶板的动态响应和破坏了进行数值模拟,通过对弹道极限和比能的分析,得出靶板总厚度小于H_c时,双层靶板的抗侵彻性能比总厚度相同的单层靶板略高一点,当靶板总厚度介于H_c～2H_c时,双层靶板抗弹性能比总厚度相同的单层靶板大幅度提高,间距为单层板厚度的等厚间隙双层靶板的抗侵彻性能总体最好。