非晶合金（金属玻璃，Metallic glasses，MGs）因其独特的长程无序原子结构，展现出优异的力学和物理性能，在航空航天、电子信息、新能源等高科技领域具有重要的应用价值。特别是非晶合金薄膜材料，凭借其独特的快速能量耗散机制和优异的抗冲击性能，在冲击防护领域展现出巨大的应用潜力，为新一代防护材料的开发提供了新的研究方向。本文采用激光诱导微颗粒冲击测试（Laser-induced micro-particle impact testing，LIPIT）技术，结合全原子分子动力学（Molecular dynamics，MD）模拟与量纲分析，系统研究了非晶合金薄膜在动态冲击载荷下的力学响应与能量耗散机制，并提出了高防护性能设计方法。主要研究进展包括：

（1）揭示了单层非晶合金薄膜的动态尺寸效应，建立了防护性能的跨尺度相似律。通过LIPIT实验，发现了由于单层非晶合金薄膜随厚度增加而出现的韧-脆变形转变机制，展现出显著的动态尺寸效应。通过量纲分析，确定了影响单层非晶合金冲击防护性能的无量纲参数。结合MD模拟结果，建立了单层非晶合金薄膜防护性能的跨尺度相似律，为单层非晶合金薄膜冲击防护性能预测提供了理论依据。

（2）通过同种非晶合金薄膜叠层设计，克服了单层薄膜的尺寸效应。基于侵彻形貌表征和MD模拟结果，揭示了多层非晶合金薄膜在冲击载荷下的主要能量耗散机制，获得了多层薄膜临界速度和变形模式之间的关系。获得了氧含量对叠层非晶合金薄膜界面强度的影响规律，提出了影响界面强度的竞争机制，进而阐明了氧含量对多层非晶合金薄膜冲击防护性能的影响规律。

（3）基于MD模拟，研究了G相与L相非晶合金薄膜的冲击防护性能，揭示了G相薄膜在冲击过程中存在额外的能量耗散通道，从而显著提升了其防护性能。发现了G相非晶合金薄膜与L相薄膜相同的动态尺寸效应。随着薄膜厚度的增加，G相和L相薄膜的变形模式从锥形变形过渡到冲塞破坏，均表现出明显的尺寸效应。获得了G相薄膜的临界厚度及其影响机制。

（4）通过非晶合金薄膜与聚合物薄膜的叠层设计，进一步提升了材料的冲击防护性能，展现出优于传统金属防护材料的吸能特性。MD模拟揭示了能量耗散的主要机制，包括界面滑移、聚合物分子链拉伸与非晶合金锥形变形等。明确了不同尺度下非晶合金薄膜与聚合物薄膜的叠层设计优化方案及其耗能机制。