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块体金属玻璃及其复合材料具有优异的力学、物理和化学性能,特别是在玻璃转变温度以下和高应力或高应变率条件下变形时,容易发生局域剪切带,具有极高的剪切敏感性。因此,该类材料有可能应用于新型穿甲弹芯,逐渐成为高速穿甲及装甲防护研究领域的前沿热点。本文基于有限元模拟开展针对金属玻璃及其复合材料剪切带行为的研究,包括剪切带的形核、传播以及剪切带诱导的断裂等,深入讨论材料的剪切变形和破坏特征以及复合材料弹体穿甲的“自锐”特性。首先基于热力耦合模型,考虑自由体积、热和静水应力对材料变形和破坏的影响,推导了块体金属玻璃材料的三维本构模型;基于自由体积聚集和结合的微观机理,引入了临界自由体积浓度的材料破坏准则。将建立的本构模型和破坏准则写入LS-DYNA软件的用户自定义材料子程序(UMAT)中,对不同受力状态和不同温度条件下金属玻璃的变形响应特性进行了有限元模拟研究,具体分析材料内部物理参量的演化特性及其所导致的材料宏观表象。研究发现初始自由体积浓度、应变率、初始温度和静水应力等内外部条件对金属玻璃的变形和破坏具有重要影响:变形和破坏受材料的微观结构即自由体积主控,而温度则起辅助的促进作用;应变率和初始温度均产生明显影响,应变率的作用尤为显著,而静水应力将导致变形的拉压不对称特征。进一步考虑金属玻璃材料内部结构的不均匀性,建立了包含随机分布材料弱区的有限元几何模型。针对块体金属玻璃在准静态拉伸、压缩、弯曲以及高速冲击等不同加载条件下的变形和破坏特性进行了分析。结果表明金属玻璃在常温条件下的变形表现为局域化的剪切特征,呈现出显著的非均匀特性。在准静态加载条件下,剪切带的生成和扩展同时受应力条件和弱区分布特性的影响;而在冲击条件下,弱区的影响减弱。结合纤维/颗粒增强金属玻璃复合材料内部结构特征建立相应有限元几何模型,利用修正的热力耦合本构模型来描述金属玻璃基体的高强度和高剪切敏感性,系统开展了针对复合材料静动态拉压试验和高速冲击试验的研究。结果显示,复合材料的压缩塑性较纯金属玻璃得到明显提高,而拉伸塑性则相对难以改善。在压缩变形过程中,纤维增强复合材料的变形和破坏模式随纤维体积分数和应变率等内外部因素的改变而发生变化,颗粒增强复合材料则主要表现为剪切特征;在拉伸条件下,材料均主要发生脆性断裂,断面基本垂直于加载方向。相应变形和破坏特性同复合材料内部的剪切带行为密切相关。最后结合穿甲试验开展了针对钨纤维/钨颗粒增强金属玻璃复合材料长杆弹穿甲靶板的有限元模拟研究。具体分析复合材料弹体的穿甲“自锐”性能,详细讨论撞击速度、靶材强度和初始弹头形状等因素对弹体的“自锐”行为以及相应穿甲性能的影响,同时对比分析了两种复合材料长杆弹之间的异同。