现在工业和军事技术的发展要求材料和结构经常处于爆炸、冲击等极端环境下。材料和结构的动态力学性能研究不仅在国民经济中，更在军事技术中有着重要的意义和价值。现代技术的复杂性使得人们不能单纯依赖经验和实验技术来指导设计工作。爆炸力学的基本理论、实验技术和各种数值算法的结合，为人们提供了一种高效、低廉和重复性好的手段，增强了人们对事物本质的认识，因而数值模拟越来越受到人们的重视。柱壳结构是常规武器的主要结构形式，经常会受到爆炸和冲击载荷作用，因此研究柱壳结构在爆炸和冲击载荷下的材料力学响应对于改善弹体设计、增强导弹威力、提高导弹存活率具有重要的指导意义。本文以弹塑性本构理论为基础，以多种数值算法为手段，对柱壳结构在爆炸模拟的强脉冲X光辐射和内部爆炸两种典型载荷作用下的动态力学响应和破坏及相关内容进行了系统的研究。其主要内容和成果包括以下几个方面：论文的第一部分是热粘塑性本构关系的研究。讨论了冲击波作用下材料体模量和材料温度的变化，运用波动理论、守恒条件和热力学定律给出新的体积模量表达式和温升表示式；对国内外各类高速冲击动力学软件中常采用的“半径回归法”做了严格理论证明，讨论了其适用性和局限性，在此基础上，从修正的Drucker公设出发，建立含损伤弹塑性本构关系的理论框架和普适形式，所得到的本构关系可以包含各种内变量的软硬化行为、应变率效应、损伤和温度效应等，并同时适用于稳定和不稳定材料。对具有一定屈服形式的本构方程给出更为精确的迭代算法并给出计算流程。论文第二部分研究柱壳结构在强脉冲X光辐照作用下的动态响应。根据冲量等效性原则，以炸药爆炸产生的脉冲载荷来模拟X光引起的汽化反冲载荷。首先用爆轰理论和波动理论解析地给出炸药爆轰固壁反射产生的压力时程曲线和冲量与炸药厚度的关系，然后分别用一维有限差分和有限元方法对爆轰条件下炸药与平板和柱壳在有缓冲层情况下的波动过程进行了数值模拟，给出详细的计算流程，得到炸药、缓冲层厚度与压力和冲量的关系以及材料参数对结果的影响，最后用有限元软件LS-DYNA模拟实验条件下片炸药对柱壳的作用，比较了离散排布、连续排布和标准余弦载荷作用下冲量分布形式和材料结构响应，为模拟余弦载荷的加载实验提供了依据。论文第三部分是用遗传算法对在柱壳外表面产生余弦脉冲载荷的柔爆索即MDF(Mild detonating fuse)布局进行优化。首先介绍了MDF爆炸产生冲量的原理，在此基础上根据MDF微粒互不干涉和撞击靶面后垂直速度为零的假设基础上，得到MDF在平面靶和柱面靶上作用的冲量载荷表达式并采用Gurney公式获得MDF爆炸后产生的微粒速度；对遗传算法进行了简要介绍并给出流程并结合优化实例，较详细地介绍了遗传算法流程中参数集的确定、编码解码方法、群体初始化、群体评价、遗传操作(复制、交叉、变异)和中止条件等步骤；对MDF加载实验设备和测试方法进行了简要说明并用遗传算法对MDF的位置进行优化设计，给出MDF的位置坐标；将实验测试数据与标准余弦进行比较，较好地符合余弦分布，但是在幅值上需要做一定的修正。结果表明，遗传算法对MDF模拟余弦冲量的布局进行了较好的优化。论文第四部分研究柱壳在内部爆炸载荷作用下的冲击响应和破坏。这一部分又分了两小部分，第一部分将问题简化成一维问题，采用一种计及三轴因子的损伤模型，以本构关系的内变量理论为基础的热塑性本构关系的普适显式表达式，得到了改进的Johnson-Cook本构模型的增量形式，计及温度和损伤对材料塑性变形发展的耦合作用，给出完备的计算方程组，用Lagrange显式差分的方法对桩壳在内部爆炸载荷下的变形和破坏进行了一维数值模拟，并用能量守恒和概率统计的方法对碎片的分布进行论述，结合实例给出柱壳内爆载荷下柱壳内部应力、损伤、温度等的变化规律以及破坏后的碎片分布。第二部分采用LS-DYNA接口技术，结合弹塑性本构理论和相应的算法，将GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)材料本构模型嵌入到LS-DYNA中，将模型简化为二维轴对称问题，数值模拟了柱壳在内部滑移爆轰作用下的变形和破坏的过程，给出了材料内部的应力、温度、损伤的时程曲线。对弹壳的变形和破坏规律预测提供了科学依据。