重要目标深层次化、防护结构多元化对高速侵彻战斗部(以下简称“弹体”)的性能指标提出了越来越高的要求。国内外一直致力于弹体侵彻混凝土过程的外弹道性能研究并取得了长足进步,而且随着数值模拟软硬件的发展,系统研究侵彻过载条件下装药动态响应机理成为可能。本文以炮射过载试验为基础,利用有限元和反应性分子动力学等数值模拟方法,从不同尺度研究了弹内装药动态响应机理。主要研究内容如下:在Forrestal侵彻公式基础上进一步推导了贯穿公式。以Hanchak、Cargile和Forrestal等侵彻与贯穿混凝土实验为基础,运用LS-DYNA软件讨论了影响弹体侵彻与贯穿混凝土剩余速度的因素,并计算分析了弹体过载曲线。仿真结果与试验及理论值一致,为准确研究弹体侵彻混凝土过程中弹内装药的动态受力过程提供了必要前提条件。根据装有PBXN-109的弹体以705m/s速度侵彻素混凝土的试验,建立了有限元模型。利用正应力、剪应力和等效塑性应变等力学量的变化规律,分析了弹内装药不同部位的受力。结果表明,装药前端以压应力为主,尾端以拉应力为主,中部受到较弱的拉应力作用。在侵彻期,装药受到很强的振荡,尤其中部出现明显的拉力、压力的交替作用,而且靠近壳体内壁的中部装药的等效塑性应变也比两端大。弹内装药薄弱环节是进一步开展装药化学响应分析的重点。分别开展了装有B炸药等五种典型炸药的弹体侵彻素混凝土的模拟计算,分析了装药头部化学响应规律,并利用平面撞击试验和隔板试验分别从一维和二维角度研究了这些装药的冲击起爆过程,校验了装药点火与增长模型的相关参数。对比结果发现,侵彻过程中装药头部化学响应程度与装药的冲击起爆过程具有正相关性。利用ReaxFF反应性分子动力学进一步研究了装药主成分间的化学响应过程,弥补了试验或有限元方法在描述非均质装药“热点”成因微观机制方面存在的不足。基于多目标力场优化方法GARFfield,首次建立了含铝炸药的ReaxFF反应性力场,具有较广的应用前景。通过小分子结构、晶体性能参数和RDX/Al两组分热分解过程的研究证实了ReaxFF反应性力场较高的预测精度。基于一维平面撞击模型,采用LAMMPS分别研究了RDX/RDX之间、RDX/Al之间碰撞的微观过程。利用VMD、Atomeye和产物分析代码等后处理工具,分析了RDX/RDX和RDX/Al等两组分体系中RDX晶体的弹塑性行为、分解初始产物和准平衡态产物。结果表明,和RDX/RDX相比,RDX/Al在碰撞过程中的化学响应速度更快。带有不同厚度氧化层的纳米铝球抵抗变形的能力不同,氧化层的存在延迟了RDX分子和内核铝原子的反应时间。带有3nm厚氧化层的铝平板(微米铝模型)能够促进RDX分子的快速分解,但受到厚氧化层的阻隔,其内部活性铝原子只能和RDX分解产物中的氧原子发生二次反应。基于三种摩擦模型,分别研究了纳米铝球与纳米铝球、RDX表面与RDX表面、Al表面与RDX表面等两组分体系的摩擦过程,分析了正压力、摩擦力以及摩擦系数的变化规律。结果表明,纳米铝球在摩擦过程中容易脱落氧化层。和RDX/RDX相比,RDX/Al之间的摩擦系数变小,而且Al表面的厚氧化层阻碍了摩擦过程中RDX分子和Al原子地反应,使得RDX/Al体系温升缓慢。从微观上解释了RDX中加入微米Al粉后,摩擦感度降低的现象。反应性分子动力学方法目前仅能半定量解释炮射试验和有限元推论的结果,然而,通过RDX/Al体系在拉压载荷或剪切载荷作用下的微观化学响应机理的研究,不仅提高了对这类极端苛刻条件下RDX/Al相互作用的认识水平,还为配方优化提供了一定技术指导。在装药动态响应机理研究基础上,继续开展了装药结构和装药力学性能对弹体侵彻过程的影响研究,性能优化后的装药顺利通过炮射过载试验考核,对后续进一步开展浇注配方指标定量化研究提供了技术支持。