聚脲弹性体因为优异的综合力学性能,在工程防护领域有着广阔的应用前景。本文以SPUA-502聚脲和2A12O铝板组成的单一铝板结构、涂层结构和夹层结构等复合结构为研究对象,通过试验研究和数值模拟相结合的方法,对聚脲金属基复合结构在低速冲击和爆炸冲击两种作用条件下的防护性能进行了研究,主要工作如下:(1)基于霍普金森杆的发射系统,进行了低速冲击试验,发现聚脲层涂覆在受冲击侧可以有效缓解有棱冲击体带来的应力集中现象,提升结构的抗局部剪切能力;在抵抗整体变形方面,具有相同面密度的纯铝板结构具有最好的抗冲击性能,夹层结构次之,涂层结构最差,其中背面涂层结构优于正面涂层结构。(2)对低速冲击试验的典型工况进行了数值模拟,并从材料层单位面密度能量吸收量E_d的角度进行了分析,在所有结构中聚脲层的E_d均小于纯铝板结构中铝板层的E_d,这解释了为什么纯铝板结构拥有最好的防护性能;仅就聚脲层而言,其在夹层结构中所吸收的能量要多于涂层结构,从而验证了试验的结论。(3)采用60g的TNT炸药进行了局部爆炸冲击试验,发现当涂覆在铝板背侧时,聚脲主要表现为大面积分层破裂飞溅,当涂覆在铝板正面时,聚脲层主要表现为中心区域圆形破裂脱落,而当夹在两层薄铝板之间时,聚脲主要表现为与铝板相同形状的塑性大变形;每种工况下,聚脲与铝板层都有明显的分层现象。(4)以4mm铝板为对比对象时,聚脲层在每个位置都可以在一定程度上减小金属板的变形,降低基板的破坏程度;但在保证相同面密度的条件下,单一铝板结构具有最好的抵抗爆炸冲击变形和破坏的能力,之后从强到弱依次是背面涂层结构、正面涂层结构、夹层结构。(5)采用流固耦合的方法,对爆炸试验验进行了数值模拟分析,发现随着聚脲粘结力的增强,背面涂层结构的变形增大,而正面涂层结构的变形逐渐减小,这与聚脲层在不同位置相应的耗能模式相关;模拟结果还表明,聚脲与铝板的质量比越大,复合结构抗冲击变形和破坏的能力越差。