多次短间隔冲击力学环境广泛存在于生产生活和军事应用中,如钎杆凿岩,发动机活塞冲程等,此类重复作用的高应变率动态载荷是众多材料疲劳损伤和结构件失效的关键因素。特别对于一些特殊的多次高冲击环境,典型如多层硬目标侵彻弹药的高速侵彻过程,其引信机构及控制组件不但直接承受连续穿层过程的高幅值加速度作用,同时还受应力波传递和结构响应振动的影响,力学环境呈现多次冲击-振动耦合特征。该力学环境既是弹体及引信机构必须能够有效承受的力学载荷,也是引信控制系统计层识别与起爆控制的关键输入参量,因此,引信组件的结构可靠性和控制功能验证需进行苛刻的多次冲击-振动耦合力学试验;目前此类验证仅可依赖于靶场试验方法,存在周期长、费用高、回收困难等一系列显著问题。综合已有研究来看,现有各类多次冲击试验手段,可实现的冲击幅值及冲击频率往往无法同步匹配,难以满足一些苛刻的多次短间隔冲击试验需求,且更是缺乏一种有效的多次冲击-振动耦合力学试验方法,实现对侵彻引信的实验室等效验证,迫切的工程及军事应用需求,亟需开展多次短间隔冲击-振动耦合力学试验理论与方法研究。本文针对多层硬目标侵彻引信组件结构强度考核及计层起爆控制策略动态验证的技术需求,提出了一种新型的转台及冲击组件旋转自退让式多次冲击加载方法,并进一步研究了主动激振与自激振动复合的振动加载方法,实现了多次冲击-振动耦合力学环境模拟,在此基础上对力学试验中的关键技术问题展开了研究,主要研究内容及创新点如下:针对典型多层硬目标侵彻引信力学环境实验室等效模拟的技术需求,凝练了模拟试验的关键技术指标,基于指标提出了转台旋转式多次冲击加载和主动激振与自激振动耦合式振动加载方法。围绕该技术方案的实现,分析了力学试验中所需解决的技术问题,在此基础上对经典接触力学模型,考虑能量损耗的碰撞接触模型以及圆柱共形间隙结构模型等基础理论与数学建模问题研究进行了分析和讨论,奠定了后文关键技术研究的理论基础。针对多层侵彻过程多次冲击加速度模拟试验的技术需求,在分析典型多层混凝土靶侵彻试验获得的连续脉冲加速度信号基础上,设计了适用于本文转台旋转式驱动方案的冲击接触对模型,并对该接触对冲击过程的加速度模型展开研究。根据冲击接触对的线接触结构特征,建立了考虑碰撞能量损耗的线接触结构非线性弹簧阻尼接触模型,由此建立冲击接触过程的刚体加速度模型;通过缓冲对比冲击试验分析了高冲击过程中应力波的存在,基于一维应力波传递理论建立了冲击接触过程的应力波加速度模型,分别通过设计的不同冲击试验并结合有限元方法验证了所提出的刚体加速度分析模型与应力波加速度分析模型。针对高速多层侵彻过程加速度信号粘连特征模拟试验的技术需求,总结了已有的侵彻加速度信号粘连成因及解决方案研究,据此设计靶场试验获得粘连加速度信号,通过傅里叶变换和小波分析研究了该粘连加速度信号,将其从信号组成上分解为多频振动响应分量,在此基础上提出了模拟试验的主动激振与自激振动耦合式多频振动加载技术方案;通过主动激振加载模拟加速度信号粘连的低频高幅值振动分量,通过颗粒体结构的自激振动加载模拟加速度信号粘连的高频低幅值振动分量。建立了冲击-振动耦合系统数学模型,分别研究并建立了力学试验系统主要力学作用的有限元分析模型,离散元-有限元耦合分析模型以及离散元-动力学耦合分析模型,对力学试验系统关键的结构力学性能和动力学响应进行分析,形成了模拟侵彻加速度信号粘连特征的等效试验方法。针对设计结构中试验夹具与夹具基座间的圆柱共形间隙接触问题,提出采用分形理论从微观角度研究此类不满足Hertz条件的接触问题。采用三维Weierstrass-Mandelbrot函数描述试验夹具表面的微观形貌特征,有效考虑了接触面上等效微凸体的弹性、弹塑性和塑性变形状态,基于Jackson-Green模型和构造的指数函数改进了等效微凸体接触变形各阶段的力学模型,通过与经典Hertz模型、Kogut-Etsion模型及J.Alcala实验结果的对比,验证了本文模型从弹性变形至塑性变形全过程中均具有较好的计算精度。引入考虑分布域拓展因子的接触面积分布函数,并构造基于表面积比的圆柱接触形状修正系数,建立了改进的圆柱共形结构三维分形接触载荷模型,分析了典型参数对分形接触载荷的影响规律。在此基础上进一步基于刚度与阻尼的物理意义,推导了接触刚度与接触阻尼的分形表达式,建立了基于分形理论的圆柱共形间隙结构动态碰撞接触模型,分析了典型分形参数和动力学参数对碰撞接触力的影响规律,更为客观的揭示了此类整体结构有限变形情形中接触力产生的本质机理。在总体方案设计,基础理论分析和关键技术研究的基础上,研制了冲击-振动耦合力学试验系统样机,开展不同冲击速度下的多次冲击加载和多次冲击-振动耦合加载对比试验研究,验证系统性能及指标参数。针对高动态运动过程观测技术难题,采用原理验证样机研究了基于高速摄影的非接触式测量方法,并在图像数据处理中通过动态模板更新的背景差分和角点检测提取运动件特征点像素坐标,进一步结合亚像素处理算法提升大视场测量精度,实现了一类不便于通过传感器直接测量的多次冲击加载下复杂动态运动过程观测和动力学分析,丰富了现有的高动态试验测量技术手段。