近40年来,随着高效毁伤战斗部技术的提出与发展,含能破片的概念也应运而出,含能破片是指同时具有类似钝感破片侵彻穿甲特性和冲击诱发释能反应特性的一种新型战斗部毁伤元,其相对于传统钝性破片,可以大幅提升战斗部毁伤威力。制备含能破片的材料被称为含能结构材料(Energetic Structural Materials ESMs),作为一种新型材料,准确全面掌握其力学和冲击释能化学反应特性,对于提升战斗部威力、拓展含能结构材料应用领域均具有重要意义。本文选取Al/Ni基含能结构材料为研究对象,采用实验研究、理论计算和数值模拟相结合的方法,以实现含能结构材料冲击释能的力-热-化耦合过程的一体化数值模拟。首先,通过材料试验机和分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bars,SHPB)装置对由热压成型工艺制备的三种Al/Ni基含能结构材料(Al-Ni、Al-Ni-CuO和Al-Ni-MoO3)进行了静、动态实验,研究了材料的压缩力学行为并得到了材料Johnson-Cook本构模型参数,同时采用X射线衍射仪(X-Ray Diffraction,XRD)分析了材料的成分,利用光学显微镜(Optical Microscope,OM)研究了实验前后试样的金相组织结构。其次,基于冷能叠加原理和Wu-Jing方法计算了可视为高致密疏松混合物的Al/Ni基含能结构材料在中低压情况下的状态方程参数。再次,使用直接弹道枪实验研究了三种含能结构材料的冲击释能行为,并基于现有的考虑化学反应效率的冲击诱发化学反应热化学模型计算了在不同弹速时的冲击温度,建立了冲击温度和化学反应程度之间的关系,并拟合得到相关化学动力学方程参数。最后,在LS-DYNA预留的二次开发接口中,自行开发了考虑力-热-化耦合效应的Johnson-Cook本构模型,通过数值仿真计算和实验结果的对比,验证了模型的有效性。本文研究成果可以为含能破片战斗部结构设计提供支撑,为材料、兵器工程等领域的含能材料宏观工程数值仿真计算提供参考方案,对于指导未来高效毁伤战斗部技术开发和提高武器弹药毁伤威力具有重要的现实意义和应用价值。