混凝土是一种非均质、准脆性复合材料,且广泛地应用在国防和土木工程中。然而,混凝土在受到高速冲击和爆炸荷载作用下,极易发生脆性破坏,引起碎片的飞溅。因此,找到更好抵抗冲击和爆炸荷载的工程防护材料及结构成为当下研究的重点。超高韧性水泥基复合材料（Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称为UHTCC）是一种高拉伸韧性的新型材料。活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete,简称为RPC）则是具有超高的强度水泥基复合材料。超高强-超高韧水泥基复合材料（High Strength-Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称为HS-UHTCC）不仅继承了UHTCC高拉伸韧性同时还具备了RPC的超高压缩强度,它们都被认为是不错的防护工程材料。因此,有必要对UHTCC、RPC、HS-UHTCC构件在不同冲击和爆炸工况下的动力响应进行试验研究和数值模拟探究,具体工作如下:1)为了研究活性粉末混凝土（RPC）和超高韧性水泥复合材料（UHTCC）的抗多次侵彻性能。本文使用14.5 mm弹道枪对RPC和UHTCC靶体进行不同着弹点多次侵彻试验。试验结果表明,RPC具有出色的抗弹体侵彻能力,UHTCC在减小迎弹面开坑损伤和抗开裂方面更具优势。多次侵彻会让普通混凝土抗开坑能力降低,而让UHTCC和RPC抗开坑能力则会提高。随着侵彻次数增加,普通混凝土的抗侵彻阻力下降幅度较大,而UHTCC和RPC的侵彻阻力下降幅度较小。2)本文研究了UHTCC、RPC和高强混凝土（HSC）在内埋炸药爆炸作用下的动力特性、损伤特性和破坏规律。试验内容包括通过改变炸药埋置深度对UHTCC、RPC和HSC靶体进行抗爆测试。试验结果表明:相较于HSC,RPC和UHTCC靶体的抗震塌性能更强、整体性更好以及飞溅的碎片数量也更少。3)本文主要基于现有UHTCC和RPC的静态和动态力学性能试验数据标定了UHTCC和RPC的K＆C本构模型。然后,利用重启动的方法模拟了弹体多次冲击UHTCC和RPC靶体的试验以及UHTCC和RPC的内埋爆炸试验,验证了标定后的K＆C模型参数的准确性。最后,通过数值预测了不同抗压强度、抗拉强度以及拉伸韧性下UHTCC靶体的破坏状态,发现增强UHTCC的韧性可以有效防止靶体发生整体性破坏;增大UHTCC的抗拉强度可以减小靶体迎爆面的开坑直径;增大UHTCC的抗压强度对减小开坑直径效果不明显。4)为研究HS-UHTCC在接触爆炸荷载作用下的动力响应,本文对2000×2000×200 mm的HS-UHTCC靶板进行了在1 kg TNT的作用下的接触爆炸试验。并与在相同条件下的UHTCC,RPC和钢筋混凝土的试验结果进行对比。试验结果表明,HS-UHTCC板的抗震塌性能最好,并且迎爆面的开坑面积最小。另外,本文根据现有的试验数据校核了HS-UHTCC的K＆C本构模型。然后,利用改进的模型参数模拟HS-UHTCC靶板的破坏模式和损伤分布。最后,采用重启动的方法对HS-UHTCC靶板进行同一位置的多次抗爆数值模拟,结果表明,厚度为200 mm的HS-UHTCC靶板可以承受3次1 kg TNT在同一位置爆炸而靶板不发生贯穿破坏。5)本文研究了超高强-超高韧水泥基复合材料（HS-UHTCC）和活性粉末混凝土（RPC）在大口径侵彻弹冲击下的损伤规律、破坏特征以及抗侵彻性能并与普通混凝土进行对比。试验采用125 mm口径的榴弹炮对C45混凝土、HS-UHTCC和RPC进行了430 m/s的弹体侵彻试验。试验结果表明:RPC具有更优秀的抗弹体侵彻能力,而HS-UHTCC则具有更优异的抗开坑开裂能力。同时,采用K＆C模型模拟了在上述弹体冲击下HS-UHTCC和RPC靶体的破坏模式和损伤分布。模拟结果与试验结果基本一致,并且再现了弹体侵入HS-UHTCC靶体的全过程。6)最后,本文建立了UHTCC的动态本构模型,综合考虑了此类材料的损伤演化、剪切膨胀、应变率效应、应变硬化和应变软化、应变硬化的率效应。通过用户定义的界面将新模型嵌入到LS-DYNA软件中。同时,对新模型进行了全面单元测试,并与常用的混凝土模型进行了比较,发现新模型能够更好地反映UHTCC的各项力学特性。然后模拟了UHTCC在弹体高速冲击和接触爆炸载荷下的一组试验,发现数值预测结果与试验结果吻合较好。此外,还采用新模型模拟了HS-UHTCC靶体在弹体冲击和接触爆炸作用下的动力响应,得到了与试验结果相一致的模拟结果。全文进行了试验研究、K＆C模型参数的校核、数值模拟、本构模型建立,旨在为UHTCC,RPC和HS-UHTCC材料在防护工程中的应用提供设计指导。