超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料具有轻质高强、抗侵彻性能优异等特点,广泛应用于各类防护装备之中。本文将超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料与金属材料相结合,将金属材料作为外层防护,既可磨蚀弹丸,又可减缓高分子材料的性能衰退;并通过结构优化设计得到了抗侵彻性能良好的船用防护模块。本文首先对船舶防护的背景及意义进行叙述,介绍了防护材料的研究现状及发展;利用万能试验机和霍普金森拉杆装置对船用防护模块所涉及的高强铝合金、无纬布层合板、立体织物复合板等相关组件进行准静态和动态力学性能研究,并基于实验结果拟合了相应的本构方程;然后,对各类船用防护模块组件靶板及船用防护模块进行侵彻响应实验,并在对实验结果进行分析比较的基础上;建立并优化了可兼顾计算精度和效率的侵彻数值模拟方法;基于数值模拟,系统研究了防护模块结构形式、迎弹面板和背弹面板厚度、各构成组件的排布顺序以及无纬布层合板组件的分层界面数等因素对船用防护模块的抗侵彻性能的影响规律;结合实验与数值计算结果,优选了船用防护模块的结构形式,拟合得到了可预测弹道极限的经验公式,以便为生产设计提供参考。主要研究内容及结论如下:(1)利用万能试验机获得了本文船用防护模块中所使用的组件材料力学性能参数,为数值分析提供可靠的参数。(2)基于霍普金森拉杆装置设计纤维材料拉杆试样,通过实验研究超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料的应变率效应,依据应力-应变关系拟合出无纬布层合板与立体织物复合板材料的本构方程。(3)使用7.62mm普通钢芯制式步枪弹,对船舶防护组件靶板与船用防护模块靶板分别进行侵彻实验,研究靶板的侵彻响应及失效模式。(4)使用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟了各类靶板的侵彻过程及失效形式,并通过实验证明了本文提出的侵彻简化数值模型的准确性和可靠性,并给出了数值模拟的误差范围。(5)由仿真分析防护模块中面板所占比例、无纬布和立体织物组件的排布顺序与无纬布组件的层数三种结构形式的改变,对防护模块抗侵彻性能的影响规律,得到薄铝合金迎弹面、不分层无纬布组件、立体织物组件、厚铝合金背弹面为最优组合形式。(6)通过理论研究与数据拟合,计算防护模块的弹道极限。研究不同靶板结构形式与弹道极限之间的关系,拟合组件厚度与弹道极限之间的经验公式。