目前,随着航空业和航天业的高速发展,对铝合金的需求日益增多,对其动态力学性能的要求也越加苛刻。同时,近些年飞机遭受外来物(如飞鸟、冰雹、砂石、金属块等)撞击的事件频繁发生。此外,飞机机身蒙皮材料主要为6061-T651铝合金。因此研究该铝合金的力学性能及抗外来物冲击性能,对于飞机防护结构的设计具有现实意义。在此背景下,国内外许多专家学者们逐渐开始重视铝合金防护性能的研究,其中包括铝合金材料的本构模型和失效准则,以及在外来物撞击下的抗冲击性能。但是国内外对于6061-T651铝合金的力学性能(本构模型和失效准则)及抗冲击性能的研究相对较少。对此,本文以6061-T651铝合金为研究对象,进行力学性能和弹道冲击试验。由于飞机蒙皮厚度为2 mm-5 mm之间,因此,本文首先选择2 mm厚的靶板进行弹道冲击试验和数值仿真研究。此外,在弹道冲击领域,多数学者以薄板和中厚度靶板进行研究,而对于厚板的研究鲜见报道,因此,本文以20 mm厚的靶板作为研究对象进行弹道冲击试验和数值仿真研究。首先,利用万能材料试验机和霍普金森压杆设备,分别进行准静态、高温和高应变率下的材料力学性能试验。通过测试试验发现,6061-T651铝合金材料的流动应力随塑形应变的增加无显著变化,可见材料无明显应变强化效应。但是,屈服强度随应变率的增加显著增大,而随温度的增加显著减小,因此,材料存在显著的应变率硬化效应和温度软化效应。6061-T651铝合金材料的断裂应变随应力三轴度的增加而减小,并且在低应力三轴度范围内,Lode角对材料断裂应变的影响十分明显。基于力学性能试验结果,修正Johnson-Cook(J-C)本构模型和断裂准则得到Modified Johnson-Cook(MJC)模型,并标定MJC模型和Modified Mohr-Coulomb(MMC)断裂准则的各项参数。其次,利用一级轻气炮进行不同头部形状的弹体撞击6061-T651铝合金薄板的弹道冲击试验,并采用MJC本构模型、MJC或MMC断裂准则进行相应的数值仿真计算。发现对于靶板不同的失效模式Lode角的影响程度不同,在数值预报中Lode角的作用对平头弹影响最大,其次是半球形弹和球形弹,对卵形头弹的影响最小,这与弹体头部形状曲率半径相关,即曲率半径越大Lode角的影响越小。最后,利用一级轻气炮进行平头弹侵彻6061-T651铝合金厚板的弹道冲击试验,同时,采用MJC本构模型、MJC或ASCE断裂准则进行相应的数值仿真计算,发现相对于MJC断裂准则,采用ASCE断裂准则预测的结果与试验吻合较好(比试验约高0.15%)。此外,对于延性金属,在平头弹侵彻作用下,通过采用Lode角相关断裂准则的预测结果发现,Lode角的影响随着金属材料延性的增加而减小。综上,本文对6061-T651铝合金材料进行了系统的力学性能研究、薄板抗不同头部形状弹体冲击性能的研究、厚板抗平头弹高速侵彻作用的研究,以及相应的数值仿真研究。其试验-数值仿真相结合的研究方法,以及考虑Lode角的断裂准则在数值预报中的应用,在冲击动力学相关的领域内有很好的参考和利用价值。其研究结果对高速冲击、爆炸、结构碰撞、航空业以及其他交通领域具有实际的工程意义。