作为当今世界应用最广、用量最大的建筑材料,混凝土已在各类民用及军事防护工程中得到了广泛的应用。混凝土及钢筋混凝土结构在弹体冲击作用下的抗侵彻行为一直以来都是研究的热点。国内外学者通过经验分析、理论推导、数值模拟等方法研究混凝土及钢筋混凝土结构在侵彻作用下的破坏机理并致力于发展出准确有效的侵彻能力预测模型。作为一种典型的复合材料,混凝土及钢筋混凝土内部细观结构对其抗侵彻能力有着重要的影响。以往关于混凝土细观模型的研究,大多关注混凝土材料在准静态及低速冲击载荷下的力学性能。从细观角度对混凝土,尤其是钢筋混凝土,在弹体冲击下的模拟研究则明显不足。本文以数值仿真为主,从细观角度对混凝土及钢筋混凝土靶在弹体侵彻作用下的抗侵彻能力进行了系统地定量分析。研究内容主要包括:1)以三维Voronoi图形为基础,利用Matlab程序语言优化了图形中不利于后续数值计算的短边、尖角等因素;根据提出的随机缩放法建立了满足级配分布的离散骨料集合;使骨料自由下落,堆积生成含有更高体积分数骨料的混凝土细观模型。该方法避免了传统建模过程中骨料自身的凸性检验以及骨料间的相互侵入判断,尤其是当混凝土中所含骨料体积分数较高时,该方法具有更高的建模效率。通过骨料与钢筋间的侵入判断,在素混凝土细观模型的基础上引入了钢筋相,建立了含有粗骨料的钢筋混凝土三维细观模型。对比参考实验,该模型可以较好地描述刚性弹正侵彻钢筋混凝土靶板的贯穿过程。2)基于素混凝土细观模型,定量研究了多种因素对刚性弹侵彻半无限厚混凝土靶过程中弹道稳定性的影响。以静止后弹体偏离原运动姿态的角度为衡量指标,获得了各变量影响弹体偏转的临界值。这些变量,从弹体角度,主要包括弹体速度、弹头形状、CRH和弹体长径比等;从靶体角度,主要包括骨料强度、砂浆强度、骨料尺寸及骨料体积分数等;3)基于素混凝土细观模型,系统研究了砂浆及骨料强度、骨料体积分数及骨料尺寸等因素对混凝土靶抗侵彻能力的影响;与均质混凝土模型对比,界定了均质化假设的适用范围;通过系列模拟数据,拟合了各研究因素与靶体侵彻阻力的关系表达式,并确定了骨料体积分数及最大骨料粒径对侵彻阻力的影响上限;通过参数敏感性分析比较了侵彻阻力对各因素的敏感程度,结果发现,相比于砂浆强度、骨料强度与骨料体积含量,骨料粒径对侵彻阻力的影响最小;最后考虑四个因素对侵彻阻力的综合影响,提出了弹体侵彻含粗骨料混凝土的侵彻深度预测模型;4)基于钢筋混凝土细观模型,系统研究了弹体着靶点与多种钢筋分布参数对靶板侵彻阻力的影响,主要包括钢筋直径、钢筋网孔直径、配筋率、钢筋整体分布位置、首层钢筋埋深、钢筋层间距及钢筋层数等。结果表明,当钢筋网孔尺寸与弹体直径比为0.4时,着靶点对弹体贯穿混凝土靶剩余速度的影响可以忽略不计;相比于首层钢筋埋深与钢筋层间距,钢筋分布位置(靠近弹着面、靶板中间、靶板后侧)与钢筋层数对靶板侵彻阻力的影响更加明显;对于配筋率小于2%的钢筋混凝土,当弹体速度超过600m/s时,着靶点及钢筋结构配置对弹体剩余速度的影响均可以忽略;另外,从提升靶体抗侵彻性能的角度,给出了增加配筋率的最优方案;最后,通过预测弹体贯穿靶板的临界速度并分析侵彻过程中各组分的能量演变过程,明确了靶体抗侵彻阻力预测过程中骨料的重要性。