从实战战例统计和打靶试验结果来看,半穿甲反舰导弹因具有打击距离远、突防能力强和毁伤威力大的特点,已成为水面舰船面临的主要威胁。舰船的抗爆防护设计中反舰导弹的舱内爆炸载荷也成为重要的考虑因素,引起了研究人员的广泛关注。近年来,随着材料技术的发展和制造工艺水平的提高,由纤维增强复合材料与金属混杂组成的多层纤维增强金属层合板结构的整体损伤容限得到了较大的提高,同时其具有重量轻、比强度和比刚度高,抗疲劳性能和抗冲击性能良好的特点,在舰船工程领域的应用前景广阔,传统金属板结构和新型复合材料层合板结构的组合使用是未来舰船的重要发展方向。从舰船结构内爆毁伤研究和抗爆结构设计的需求出发,本文针对舰船结构的典型基本单元——金属薄板、金属加筋板以及多层纤维增强金属层合板的内爆响应特性开展了相关的实验测试、数值仿真计算和理论分析方面的研究工作。针对舱内爆炸载荷下金属薄板及加筋板的响应问题,本文首先开展了不同加筋形式的金属板在舱内爆炸载荷作用下的动态响应实验测试,借助非线性有限元软件对实验工况进行了对应的数值计算,通过实验数据和数值计算结果的对比,验证了所采用的数值计算方法在评估舱内爆炸载荷及结构动态响应方面的可靠性。在此基础上,采用数值计算方法探讨了不同边界条件、应变率效应、不同加筋比例以及舱壁开孔尺寸对金属板内爆响应特性的影响。由于炸药在舰船舱室内部爆炸后与目标结构的耦合效应显著,特征参量多,作用效应复杂,致使爆炸载荷的表征和毁伤威力的评估非常困难。从工程应用需求出发,本文通过对舱内爆炸载荷特性的分析,建立了舱内爆炸的等效简化载荷形式以及各特征参数的计算方法,可为结构响应分析提供准确的输入载荷。在计及金属板爆炸响应过程中的弯曲和中面膜力效应影响的基础上,开展了舱内爆炸载荷作用下板结构响应的研究,建立了金属板弹塑性响应的简化理论分析模型,并通过数值计算验证了该模型计算结果的准确性和适用性;基于量纲分析提出了用于评估舱内爆炸载荷作用下板结构变形的无量纲损伤数。该无量纲损伤数中考虑了舱内爆炸响应问题的主要影响因素,且在实际应用中各个参数容易获得。结合相关文献中的实验数据,得到了舱内爆炸载荷作用下板结构变形的经验预报公式;通过引入舱室结构的形状影响因子,进一步提出了适用于分析全封闭长方体舱室中金属板内爆响应的无量纲损伤数和变形预报经验公式,采用数值计算方法验证了该无量纲损伤数和变形预报经验公式的合理性。采用数值计算方法对舱内爆炸载荷作用下的多层金属叠合板结构的响应特性进行了分析,得到了多层金属薄板叠合结构在舱内爆炸载荷作用下的变形模式、应变分布以及变形吸能,并与面密度相同的单层金属板内爆响应过程进行了对比分析。另外,进一步分析了多层金属叠合板层数及不同爆距对单层金属板和多层金属叠合板抗爆性能的影响,为舰船抗爆防护舱壁设计提供了参考。开展了热塑性纤维增强金属层合板的舱内爆炸响应实验研究,得到了此类层合板结构在舱内爆炸载荷作用下的响应过程和变形模式;在实验数据和无量纲损伤数的基础上提出了纤维增强金属层合板在舱内爆炸载荷作用下的变形预报经验公式。基于三维Hashin失效准则开发了合理描述各向异性纤维增强材料在冲击载荷作用下的力学响应行为的VUMAT子程序,并嵌入到ABAQUS有限元分析软件中,建立了纤维增强金属层合板的内爆响应和破坏过程的数值计算方法。采用本文方法对层合板的舱内爆炸响应实验过程进行了仿真计算,得到了层合板内部纤维增强复合材料的失效情况和损伤分布规律。此外,采用数值计算方法开展了等面密度的纤维增强金属层合板和单一金属板抗爆性能的对比分析。