由于局部冲突和恐怖袭击的客观存在,高速撞击动力学是近年来爆炸力学最活跃的研究领域之一。设计高防护性能的防御结构和大毁伤能力的侵彻体是这个领域研究的最终目的。金属板常用于建造军事和民用的弹道防护体系。近年来,为获得更安全和重量更轻的防护结构,文献中报道了使用双层金属板代替单层靶的可能性。值得注意的是,在高速撞击动力学中从来就不能将弹或靶隔离开来研究。在亚弹速范围内,随着越来越多的高性能材料用做防护构件,弹体在侵彻过程中将发生变形、断裂甚至破碎解体。对双层靶抗侵彻性能和动能杆变形与断裂行为的研究可为攻防设计提供参考。目前,双层金属靶的抗侵彻性能虽已有相关的报道,但是对双层金属靶的认识远未形成系统,特别是对大间隙双层金属靶和双硬度金属靶抗侵彻性能的认识还比较匮乏。而公开文献中专门关注动能杆变形和断裂模式及机理的报道也很少,对Taylor杆的变形和断裂模式的认识还不够清楚。基于以上背景,以双层金属靶和动能杆为研究对象,采用实验和数值模拟方法研究了铝合金材料7A04-T6的力学行为、在亚弹速范围内大间隙双层金属靶以及双硬度金属靶的抗侵彻性能以及Taylor杆的变形与断裂行为及其机理。作为全文数值模拟的基础,研究了7A04-T6铝合金的力学行为,建立了7A04-T6的本构关系和断裂准则。使用万能材料试验机、扭转试验机研究了高强铝合金7A04-T6在常温~250℃的准静态力学行为,通过对几组Taylor撞击实验的数值仿真标定了应变率对屈服强度和断裂应变的影响。实验和数值模拟表明:7A04-T6铝合金的应变和应变率强化效应不显著,失效应变随温度的增加、应力三轴度的减小和应变率的减小而增加。基于实验结果,提出了一个修改形式的J-C本构关系和一个修改形式的J-C断裂准则,由实验结果和数值仿真得到了模型参数。针对双层金属靶的抗侵彻性能,研究了间隙式和接触式双层金属靶以及双硬度金属靶的弹道极限。首先,使用平头弹侵彻Q235钢接触式和大间隙双层金属靶,得到了两种双层靶的弹道极限,通过对高速摄像和回收靶板的分析以及数值模拟揭示了大间隙对双层靶抗侵彻性能影响的机理。实验表明:由于存在两种典型的撞击情形,大间隙双层靶存在两个弹道极限;接触式双层靶的综合抗侵彻能力优于大间隙式双层靶。数值模拟表明:有限元方法可以预报到与实验一致的靶板变形和破坏形式,且预报的弹道极限与实验一致。特别地,数值模拟证明了两种撞击情形对大间隙双层靶抗侵彻性能的影响。然后,使用平头和卵形弹侵彻由Armox 560 T钢和Weldox 700 E钢组成的“硬+软”和“软+硬”双层金属靶,建立了平头弹侵彻双硬度靶的有限元模型,揭示了硬度叠放次序影响抗侵彻性能的机理。实验表明:两种弹体在侵彻“硬+软”双层金属靶的过程中发生破碎而侵彻“软+硬”靶时却可以保持相对完整,也即前者的弹道极限要大于后者。数值模拟表明,两种叠放次序的双硬度金属靶在平头弹头部产生的破坏区域不同并最终导致了截然不同的抗侵彻能力。为分析动能杆的变形和断裂行为,研究了两种延性Taylor杆的变形和断裂以及弹体中裂纹的开裂机理。开展了几何尺寸相同的7A04-T6铝合金和两种延性的38CrSi钢的Taylor撞击实验,并建立了相应的有限元计算模型,在有限元计算中获得了具有较好预报能力的断裂准则并揭示了不同断裂模式的开裂机理。实验表明:随着撞击速度的升高,低延性的7A04-T6铝合金和38CrSi钢弹体依次发生镦粗、剪切开裂和破碎,而高延性的38CrSi钢弹体依次发生镦粗、剪切开裂和花瓣开裂。对7A04-T6铝合金Taylor撞击的数值模拟表明:使用小应力三轴度截断时的修改形式的J-C断裂准则,以及C-L断裂准则可以预报实验中观察到的弹体的变形和断裂模式,且预报的各个变形和断裂模式的发生区间也与实验一致。对高延性38CrSi钢Taylor杆的数值模拟表明:C-L断裂准则可以预报到与实验一致的结果。对典型失效单元的分析表明:对于高延性弹体,剪切开裂主要由拉剪造成,而花瓣开裂由拉伸造成;对于低延性弹体,头部中间区域的断裂主要由压缩和压剪造成,临界剪切开裂的边缘开裂由纯剪切造成,而破碎时的弹体头部边缘开裂由拉剪引起并由压缩和压剪驱动扩展。本文获得的间隙式双层金属靶和双硬度金属靶的抗侵彻性能可以对金属靶的设计提供参考,获得的Taylor杆的变形和断裂模式及机理将为动能杆的设计提供支持。