防爆安全问题一直世界各国普遍关注的问题,爆炸往往伴随着破片和冲击波,这两种毁伤元作用原理不同,但都能对人员和结构产生严重的威胁。无论在军用领域还是民用领域,如何对破片和冲击波的载荷特性与毁伤机理进行分析与评估一直都是重要的研究内容。而传统防护结构往往存在重量大、运输不便等缺点,新型材料与夹层结构的出现为研究轻型防护结构提供了新的方向,诸如纤维复合材料、泡沫金属材料等新型材料不但客服了以上的不足,还具有耐疲劳,比强度高等优点,因此研究复合材料来满足抗爆防护材料轻质化、高效化的要求具有十分重要的意义。本文主要以夹芯复合材料结构为研究对象,分别设计板结构、筒结构两种结构形式,研究其在预制破片装药爆炸产生的破片-冲击波联合作用下的毁伤机理与防护性能,主要研究内容如下:首先,结合量纲分析与爆轰理论,对破片和冲击波两种载荷的产生与传播原理进行研究,对爆炸产生的破片和冲击波的运动时序展开了分析。结果表明:影响破片和冲击波运动时序关系的主要因素是炸药与破片的质量比。起爆后初期时间段内冲击波运动在破片之前,随后破片追赶上冲击波,运动在冲击波前方,根据装药类型和参数可以得到冲击波和破片的相遇时刻。其次,利用理论、仿真计算和试验方法研究了夹芯复合材料结构板对破片-冲击波联合作用的防护性能。设计了一种轴向预制破片装药模型以及三种由铝合金、UHMWPE纤维、泡沫铝构成的夹芯复合材料板,对夹芯复合材料板在冲击波和破片联合作用下的失效机理和防护性能展开了试验研究,分析了各层结构的毁伤模式,并对不同试验工况下的模型进行了数值模拟,对各工况下破片速度变化、靶板吸能以及靶板变形情况进行分析。结果表明:1、在40cm爆距下,破片会先于冲击波对靶板进行作用,且破片载荷强度远大于冲击波载荷强度2、三种工况下以“1mm铝合金面板+10mm泡沫铝+10mm泡沫铝+10mm纤维+1mm铝合金背板”结构的防护性能最优,其背板未穿孔数为7个,背板挠曲变形26mm,均小于另外两个工况。3、铝合金面板和纤维层主要发挥抵抗破片侵彻的作用,泡沫铝本身对高速破片防护能力较弱,但对冲击波有着良好的吸能特性。将纤维层置芯层末端时,背板可以对纤维的拉伸变形起到一定的支撑作用,以此来提升靶板整体的抗侵彻性能。三个工况的数值仿真结果与试验结果基本一致,各工况下靶板未穿孔数和背板变形程度与试验值误差最大值为14.2%,在一定程度上能准确描述试验现象,可以为今后的实验开展提供指导。最后,利用理论与仿真计算的方法,探究了筒型结构形式下夹芯复合材料结构对破片和冲击波联合作用的防护性能。设计了一种周向预制破片装药模型,以及与前文对应的三种夹芯结构形式的复合筒结构,采用LS–DYNA软件对夹芯复合材料筒在冲击波和破片联合作用下的失效模式和防护性能展开了数值模拟。结果表明:1、周向预制破片装药爆炸产生的破片和冲击波存在和轴向预制破片破片装药相似的运动时序规律性,在20cm爆距下,冲击波会先于破片对筒壁进行作用。2、三种排列方式中“1mm铝合金面板+10mm泡沫铝+10mm泡沫铝+10mm纤维+1mm铝合金背板”型筒结构的背板变形程度最小,结构总吸能效果最好,可以认为其防护性能最优。3、随着冲击波强度增加,泡沫铝的吸能比也明显上升,将泡沫铝置于面板之后时,可以有效吸收面板变形所产生的能量,降低结构整体变形。