固体推进剂作为导弹和航天器用火箭发动机的动力源,在武器装备和航天技术的发展进程中具有举足轻重的地位。现代战场中高速破片对导弹武器的威胁无处不在,因此开展破片冲击固体推进剂的特性和机理研究迫在眉睫,但国内外关于固体推进剂破片冲击响应特性研究的报道较少。本文基于固体推进剂破片冲击试验,利用有限元软件LS-DYNA建立破片冲击“壳体+绝热层+固体推进剂”的计算模型,结合相关试验获取数值模拟特性参数。通过数值计算分析了破片规格和参数、壳体、绝热层及装药组成、结构、尺寸等影响因素对冲击起爆性能的影响规律,可以为固体推进剂破片冲击特性研究提供理论参考。建立了固体推进剂破片冲击特性数值计算方法。通过分析目前主流的数值计算模型,采用Johnson-Cook模型和Grüneisen状态方程描述金属材料的应力应变过程;采用点火增长模型和JWL状态方程描述固体推进剂的冲击起爆过程。通过开展拉格朗日分析和圆筒试验,获得了固体推进剂破片冲击数值计算所需的特性参数,并对三维数值计算模型进行了试验验证。建立了破片冲击固体推进剂的临界能量判据,分析了固体推进剂破片冲击的冲击波起爆机制,结合内部压力变化提出固体推进剂破片冲击响应程度分级方法,并在此基础上将固体推进剂的响应程度分为燃烧、爆燃和爆轰。随着破片速度的增加,实心药柱冲击波起爆机制依次为机械冲击、破片冲击背部壳体起爆、入射冲击波在背部壳体反射起爆、入射冲击波在侧面壳体反射起爆、入射冲击波直接起爆。内孔药柱起爆机制依次为机械冲击、破片冲击背部壳体起爆、入射冲击波侧反射和背反射共同作用、入射冲击波直接起爆和背反射共同作用。揭示了破片质量、破片形状和破片材质对固体推进剂破片冲击特性的影响规律。随着破片质量增加,破片冲击固体推进剂的临界起爆速度降低,且影响程度递减;基于点接触机制影响,球形破片临界起爆速度远高于圆柱形破片和立方体破片;基于有效接触面积,片状破片的临界起爆速度受破片质量和体积的影响较大;铝合金破片的临界起爆速度大于钨合金破片和钢破片,钨合金破片和钢破片的影响体现在有效接触面积和材料硬度。壳体材料对固体推进剂破片冲击特性的影响主要与其冲击阻抗有关,不同壳体材料下破片临界起爆速度大小为钢>钛合金>铝;随着壳体厚度增加,破片临界起爆速度增加,起爆机制从冲击波起爆向剪切起爆转变。不同材料壳体组合与其中某一种壳体材料的临界起爆速度存在显著差异,最优配比为钢+钛合金壳体2+4结构。碳纤维增强环氧树脂基复合材料壳体基于其各向异性,对冲击波的衰减作用优于其他金属壳体。随着三元乙丙绝热层厚度增加,临界起爆速度线性增加。中能HTPE推进剂和高能HTPE推进剂破片冲击的临界速度远低于NEPE推进剂。基于冲击波作用时间的影响,破片临界起爆速度随着药柱肉厚的增加先快速减小,后逐渐变缓。内孔形状越复杂,药柱受到破片冲击后越容易起爆。内孔气氛及压力对破片临界起爆速度没有影响。实心药柱的破片临界起爆速度受长度的影响不显著,但受其直径影响较大。随着药柱直径增加,破片临界起爆速度增加,起爆机制由入射冲击波+反射冲击波共同作用转变为入射冲击波直接引爆。全尺寸发动机在破片冲击试验中响应剧烈,主要是由于其壳体材料与模拟试验件壳体材料不同导致的。