对于大型结构的冲击实验例如弹体侵彻过程等,原型实验会消耗大量的时间和金钱,并且还需要配套的实验设备。因此,人们开始利用量纲分析方法,研究用模型实验来代替原型实验并预测原型实验的力学行为。然而,对于冲击载荷下的实验,模型实验会由于应变率效应很难模拟原型实验的力学行为,例如在高速侵彻环境下的侵彻体关键器件等结构响应问题,缩比模型由于材料应变率效应会体现出“偏强”的实验结果,这可能导致危险的设计。因此,针对典型结构高速高应变率下动态响应的相似律问题进行研究具有很大意义。本文研究针对高速高应变率下典型结构的动态响应相似律中急需解决的关键科学问题——尺度效应问题,采用理论分析、数值模拟和实验验证的方法,针对冲击载荷下自由梁结构由于应变率效应而导致的变形不相似的现象,提出一种速度修正理论来缩小响应偏差,主要工作与结论包括:(1)利用量纲分析方法,讨论了应变率效应对冲击载荷下结构响应相似律的影响,利用碰撞质量、速度和应力进行新的无量纲分析,提出一种速度修正方法来缩小由于应变率效应而导致的变形不相似现象,得到了考虑应变率效应的非几何相似模型律。(2)以反弹道Taylor碰撞实验为研究对象,利用实验验证过的数值模拟分析了缩比系数、应变率效应控制参数c对模型和原型实验变形差异造成的影响,验证了速度修正方法对自由梁受轴向载荷的有效性及修正方法对不同应变率材料的适应性。以自由梁横向撞击为实验对象,通过数值模拟分析不同缩比系数对模型和原型实验变形差异造成的影响,验证了速度修正方法对自由梁受横向载荷的有效性,将速度修正方法应用对象进行拓展。(3)以轻气炮为实验平台,设计并进行反弹道Taylor碰撞原型、模型及修正模型实验,利用DIC方法分析了应力波传播规律及变形模式,证明了紫铜反弹道Taylor撞击存在一定的尺度效应。分析试样最终变形,认为在反弹道Taylor碰撞实验中,修正方法可以有效的减小模型和原型之间变形的差异。