梯度功能材料是两种或多种材料复合且成分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料。在轻气炮实验中,波阻抗梯度功能材料制作的飞片在高速碰撞靶材后,可以在靶材中产生具有缓慢上升前沿的压缩加载波,实现对靶材的斜波加载。增材制造技术主要是依靠计算机辅助设计数据,采用材料逐层铺层的方式,所以在波阻抗梯度飞片制备中运用此技术。因此论文基于金属增材制造技术,通过几何结构设计来研发新型的广义波阻抗梯度飞片材料。论文的主要研究成果如下:(1)通过对GP1不锈钢材料在MTS810万能试验机和SHPB压杆做准静态压缩和动态单轴压缩实验,得出不同应变率下应力应变曲线。拟合GP1不锈钢Johnson-Cook本构模型参数,为广义波阻抗梯度飞片数值模拟奠定基础。(2)基于变截面杆的波传播特性,设计了“针床形”和“锥孔形”广义波阻抗梯度飞片,采用LS-DYNA仿真软件中SPH算法对“针床形”和“锥孔形”广义波阻抗梯度飞片中高速击靶过程进行了数值计算,重点讨论结构设计的关键参数和碰撞速度对加载波形的影响规律。“针床形”飞片随着撞击速度增加,加载波上升沿时间减小,而峰值速度增大;随着“针床形”飞片四棱锥台高增大,加载波上升沿时间增大,而峰值速度减小;相反,保持四棱锥台高不变,只改变锥角的大小,随着锥角的增大加载波上升沿时间减小,而峰值速度增大;为了获得比较平顺的准等熵压缩加载条件,四棱锥台需要保持尖锐度。而“锥孔形”飞片加载波达到速度峰值较“针床形”要低,斜波加载效果也没有“针床形”飞片好。(3)基于数值计算结果,采用激光选区烧结金属增材制造技术,制备了“针床形”和“锥孔形”广义阻抗梯度飞片样品。在一级气炮上进行击靶实验,实测了靶板自由面速度时程曲线,波形呈现斜波加载特性,并与计算结果进行了对比两者趋势基本一致,从而验证了两种广义波阻抗梯度飞片结构设计的可行性以及数值模拟结果的可靠性。(4)基于增材制造技术又设计了一种“泡沫孔洞形”广义波阻抗梯度飞片,并对“泡沫孔洞形”飞片数值模拟。重点讨论了飞片冲击速度和孔径大小、孔隙率和靶板厚度对靶板斜波加载的影响。总结一些简单规律,击靶速度越高对靶板自由面波阵面前沿上升时间越长,达到峰值速度也越高;只改变孔洞的孔径,孔径越大靶板自由面速度峰值越小,靶板内波阵面前沿上升的时间也相应的延长;在孔径很小的范围内,改变孔洞数量对靶板波阵面前沿上升时间和自由面速度峰值影响都很小。一定的靶板厚度范围中,孔洞波阻抗梯度飞片撞击靶板后产生的都是斜波压缩波,并且这些波形随着靶板厚度的变化会存在差异。这些影响规律为广义波阻抗梯度飞片的设计与应用提供指导。