金属玻璃独特的非晶结构使其具有许多优异的力学、物理性能,因而在装甲防护领域拥有广阔的应用前景。为满足这类应用的需求,需要加深对其动态力学性能以及损伤演化规律的认识。本研究通过先进的实验测试、表征手段,结合理论分析和有限元模拟方法,构建了一个耦合非晶塑性和动态孔洞扩展理论的本构模型,实现了对强动载三轴应力状态下金属玻璃的“韧脆转变”行为的模拟,揭示了不同冲击压力下层裂损伤演化模式的转变机制。主要研究内容和结论如下:(1)实验研究基于一级轻气炮开展平板撞击实验,研究金属玻璃及其复合材料的动态力学行为和层裂损伤演化。实验过程中使用激光干涉仪对材料的宏观力学响应进行原位实时监测,并结合扫描电镜、电子背散射衍射、X射线断层扫描等多种表征手段对回收样品进行微细观尺度的分析,并通过进一步的统计分析获取杯锥结构的圆锥角、顶点间距、朝向等特征参量,为分析不同冲击压力下的“韧脆转变”行为提供了有力支持。针对复合材料的研究表明:虽然复合材料的层裂强度低于纯金属玻璃,但其损伤演化速率和终态损伤程度也小于纯金属玻璃。这源自于脆性非晶基体中的韧性晶体颗粒具有的双重作用,颗粒既作为损伤成核源,降低层裂强度;也通过自身多晶结构阻碍裂纹扩展,降低损伤演化速率;其塑性变形同样耗散一部分冲击能量,降低最终的损伤程度。针对纯金属玻璃的研究表明:杯锥结构的顶点作为初始成核源,其空间分布决定了杯锥结构的间距和尺寸。而杯锥结构圆锥面上分布的后续成核源,是在初始成核源激活了圆锥形剪切带后才产生的,并沿剪切带分布。杯锥结构顶点间距的统计结果表明:随冲击速度提升,初始成核源间距随之减小,形成的杯锥结构尺寸也更小。因此,低速与高速下的形貌差异(“韧脆转变”行为)并非来源于低速下成核密度过大引起的应力场相互干扰。(2)理论和模拟研究本研究将材料强度作为桥梁,耦合了自由体积理论和动态孔洞扩展理论,发展出一套适用于描述金属玻璃特殊的层裂损伤演化行为的动态本构模型——非晶塑性-动态孔洞扩展理论。该模型引入动态加载下材料强度的粘性和惯性效应,并进一步考虑了应变软化行为和初始自由体积软化效应,可描述从剪切带形成到孔洞成核、扩展、失稳的过程,着重探讨金属玻璃的动态损伤演化过程在不同时空间尺度下的内在机制。基于此动态本构模型开展的有限元模拟工作,可反演推测得到层裂过程的具体细节,探讨微细观层裂面形貌与宏观动态力学性能间的关联。据此,本研究提出一套较为自恰的假说,用于解释金属玻璃在不同冲击速度下的“韧脆转变”行为:由于非晶体系特殊的剪切膨胀效应,自由体积浓度较大的区域(初始成核源)将首先发生应变软化并卸载应力,并在三轴应力作用下激活圆锥形剪切带。因此,不同冲击速度下的层裂面形貌差异应来源于:低速下应变软化程度不足,未能在初始成核源周围激活圆锥形剪切带,因此后续成核源依然沿垂直于冲击方向的平面分布。而高速下的冲击压力足够激活圆锥形剪切带,后续成核源沿此路径分布,并以孔洞形式成核、扩展、联合、直至最终断裂。此外,金属玻璃的应变软化行为还将使孔洞失稳时刻显著提前,并极大降低层裂强度。在此基础上,冲击压缩带来的初始自由体积软化效应将进一步降低层裂强度。因此,金属玻璃层裂强度随冲击压力变化的复杂规律应是粘性、惯性效应和初始自由体积软化效应综合影响的结果。