近些年来,由于国际形势动荡,恐怖袭击和局部冲突时有发生,已成为影响社会和平发展的阻碍,在众多袭击和冲突中爆炸物作为主要的武器之一,对重要的建筑以及人们的生命财产安全构成巨大的威胁。国内外许多学者关于防护爆炸物爆炸产生的冲击波载荷已取得了一定的研究成果,但这些研究往往忽视了伴随爆炸产生的破片群的伤害,超高分子量聚乙烯纤维作为继传统金属材料和碳纤维、芳纶纤维之后的第三代高性能纤维,具有高强度、高模量、耐腐蚀、抗冲击等诸多优良特性,与基体结合而成的复合材料大都用于抵御弹丸的侵彻作用,用于爆炸冲击波和破片群联合载荷作用的相关研究并不多见,故探究爆炸冲击波和破片群联合载荷作用下超高分子量聚乙烯复合板的破坏特性及防护性能具有十分重要的意义。本文利用有限元数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA对联合作用下超高分子量聚乙烯复合靶板的变形破坏特征及防护性能进行计算与分析,具体内容如下:(1)建立空气域、炸药、破片群、靶板和夹具的有限元计算模型,通过与相关实验中的数据和结果对比分析,确定了所建模型选用的材料模型和流固耦合算法具有可行性。(2)基于正确的数值模型和材料参数,开展在爆炸冲击波或破片群单一载荷作用下超高分子量聚乙烯复合板的变形破化特征及防护性能的研究,确定了影响靶板变形破坏的主要因素,并通过对单一载荷作用和联合载荷作用的对比分析,得知破片群对冲击波的传递具有影响,冲击波主要引起靶板的弯曲变形,破片群以靶板的穿孔破坏为主,而联合载荷作用下靶板的变形破坏远比单一载荷作用下靶板变形破坏的叠加更为严重。(3)在爆炸冲击波和破片群的联合载荷作用下,通过改变炸药的当量和爆距,破片的数量和质量等主要影响复合板变形破坏结果的重要因素,建立计算工况来进行参数化研究,得到不同因素变化对靶板在联合载荷作用下的变形破坏过程、失效破坏模式以及防护性能的影响。(4)在爆炸冲击波和破片群的联合载荷作用下,通过改变复合板自身特性即板厚来研究靶板抵抗变形破坏及整体防护能力,并与传统的防护材料—钢材相结合,通过改变靶板不同材料层厚度和组合方式,分析研究不同组合形式下靶板的防护性能,模拟结果表明:增加超高分子量聚乙烯复合材料层的厚度能有效减轻质量的同时提高靶板抵抗破片群侵彻的能力,而增加钢材的厚度则能提高靶板抵抗冲击的能力,尤其是面层是钢材时,能有效减小超高分子量聚乙烯复合材料的弯曲变形,从而减小靶板的整体变形程度。(5)通过粘结在H型钢柱的迎爆面(迎弹面),分析超高分子量聚乙烯复合材料对结构的防护效果,模拟结果表明:将超高分子量聚乙烯复合材料板粘结在H型钢柱结构中进行加固防护能有效减小钢柱在爆炸冲击波和破片群联合载荷作用时的变形破坏程度,相较于无防护材料加固的钢柱,有防护材料加固的钢柱弯曲变形程度和破片群侵彻范围减小,其最大位移峰值减小54.21%;而加入钢材进行组合加固后,钢柱的整体变形程度更小,最大位移峰值减小68.69%,可见有防护材料加固的结构更安全。