内蒙古中西部地区位于西伯利亚及蒙古冷高压的前沿,冷空气入侵频繁,冬春季节风力强劲,加之又分布有四大沙漠及两大沙地,在该地区服役的钢结构设施如钢结构厂房、桥梁、大跨结构、塔桅结构等极易受到风沙硬质颗粒和大风天气中高空坠落物的冲击损伤。有机涂层因具有良好的耐腐蚀性以及柔韧性等特点广泛应用于钢结构防护方面。钢结构表面涂层在颗粒冲击、碰撞、冲蚀等复杂工况下服役,容易发生破坏失效,尤其是涂层与基体界面处损伤,很难被发现,造成涂层材料产生微裂纹甚至破损剥落,钢结构极易出现锈蚀,导致构件的承载力下降,严重影响结构的耐久性和安全性。本文采用力学理论、数值模拟和试验相结合的方法研究冲击荷载作用下钢结构涂层分别在弹性阶段、弹塑性阶段和开裂分层脱落阶段的力学响应,分析钢结构涂层在不同阶段的变形机理和失效模式。本课题受国家自然科学基金项目（11862022;11162011）;内蒙古自治区自然科学基金项目（2018MS05047）;内蒙古自治区青年科技英才支持计划项目（NJYT-17-A09）的资助,具体研究内容如下:1.对冲击荷载作用下钢结构涂层分别在弹性接触阶段和弹塑性接触阶段的力学响应进行理论分析,分析涂层在弹塑性接触阶段的变形机理。根据区域环境中冲击物的物理特征,应用弹性接触理论建立球体冲击半无限体模型,分析刚性球体与涂层在弹性接触阶段的涂层表面应力场分布规律;应用刚塑性理论建立刚性球体弹塑性压入模型,分析涂层在弹塑性响应阶段的涂层表面及内部应力场分布规律;根据涂层在弹塑性响应阶段应力场分布规律分析涂层在荷载作用下的危险区域及变形原因,给出涂层危险区在弹塑性边界r=2.3a（a为接触半径）位置处,材料受到的环向拉应力σθ最大,在此边界处涂层材料屈服变形。2.基于试验手段测得的聚氨酯涂层材料基本参数,利用ABAQUS分析软件建立聚氨酯涂层微米压痕试验过程的二维平面仿真模型,通过反演分析方法,得出聚氨酯涂层材料在压缩时实际的应力-应变曲线,为后续有限元仿真模拟提供了表征聚氨酯涂层塑性性能的参数。3.对钢结构涂层在冲击荷载作用下分别在弹性接触阶段、弹塑性接触阶段和损伤破坏阶段的力学响应进行有限元模拟分析,分析涂层在不同冲击荷载作用下失效模式。利用ABAQUS软件分别建立不同冲击荷载下基于cohesive单元碳化钨球头冲击钢结构涂层模型,分析不同冲击荷载作用下涂层表面及内部在最大接触半径下应力场分布规律,并分析界面处在整个冲击过程中切向应力波传播规律,研究界面处损伤变量。研究发现:（1）在涂层进入弹塑性响应阶段后,涂层表面应力和界面处法向应力分布曲线随着冲击荷载增大形状基本不变,其中界面处法向应力随着距中心点距离r的增大分布变化规律是一条光滑的曲线,变化比较稳定,在接触中心点应力最大。（2）整个冲击过程中,从球体接触涂层表面使其受到挤压的初始时刻是决定界面切应力分布的关键时刻,若界面结合处破坏,在球体反弹时刻会出现分层破坏现象。（3）在刚性小球冲击速度6mm/s,涂层出现变形;在刚性小球冲击速度1m/s,涂层出现凹坑和隆起变形;在刚性小球冲击速度2m/s时,涂层表面受到的拉应力为2MPa;在冲击速度3.2m/s,界面首先在距中心点距离r=1mm处切应力最大,且在该界面处开始破坏,随着接触半径增大,损伤破坏开始具有向中心点方向扩展的趋势,出现分层现象,得出切应力是导致界面结合处失效破坏的主要因素。4.利用球压冲击仪设定不同冲击高度对钢结构涂层进行冲击试验,得到不同冲击荷载作用下钢结构涂层破坏过程可分为三个阶段:第一阶段为涂层变形,形貌呈球冠外形,第二个阶段为涂层出现隆起、径向裂纹和界面结合处明显分层,第三个阶段为涂层脱落。