空间环境急剧恶化,卫星碎片的危害日益严峻,卫星碎片的防护结构是保护在轨飞行器安全运行的一种有效手段。目前,随着我国航天事业的发展,针对超高速撞击的研究逐渐展开,然而专门针对防护结构抗冲击性能的研究尚处于初级阶段。本文的主要针对超高速撞击过程的材料模型参数以及构型优化展开一系列研究。本文基于光滑粒子动力学思想,结合AUTODYN-2D轴对称建模方法,建立单层板防护结构和多层防护结构的动力学模型,模拟球形弹丸超高速撞击防护结构的过程。首先针对单层板防护结构,以Shock状态方程和Johnson-Cook强度模型为输入条件,探讨了弹丸材料的本构模型参数对撞击模拟结果的影响。其一,通过控制变量法,研究弹丸材料模型参数变化对速度特性、能量特性以及碎片云损伤特性的影响,结果表明材料的本构模型中存在不敏感参数;其二,保证撞击动能一致,研究不同撞击速度下,材料的模型参数对弹丸的能量、速度、穿孔、碎片云损伤特性的影响,结果表明速度高于3 km/s时,状态方程和强度模型参数对撞击特性影响较小。最后,通过与Whipple防护结构弹道极限曲线对比,验证了材料模型参数对撞击模拟结果的有效性。此外,针对多层防护结构,先利用数值模拟,得到构型铺层组合形式和间距的优化规律,再利用超高速撞击试验,检验数值模拟结果的准确性。根据仿真与试验结果给出多层防护结构构型优化的具体步骤,得到固定间距下的极限工况。本文工作以防护结构的抗冲击性能为核心,结合数值模拟方法和试验技术,为防护结构优化设计打下坚实的应用基础,具有重要的工程价值。