理解含能材料的物理化学性质、爆轰性能及分解机制，对于含能材料的分子设计、安全性评估及实际应用有着重要的指导意义。第一性原理分子动力学不但可以研究含能材料的物理化学性质，还可以用于研究含能材料的分解反应过程。本文综述了当前第一性原理分子动力学模拟含能材料的理论研究进展。首先讨论了含能材料的晶体结构和基本性质，如热学、力学、电学性质和结构的温度、压力效应。随后讨论了含能材料常压下单分子分解行为，侧重讨论了常压下含能材料的热解产物、热解机制及热解反应的动力学性质，其中含能材料的热解起始反应机制主要包括质子转移、C—N键断裂和N—NO₂键断裂3种方式。同时，还对静水压、冲击波等加载条件对含能材料热解反应的影响进行了讨论，尤其是冲击波加载可能带来新的反应机制，如C—H键的断裂。

作为重要的铁电陶瓷材料之一，PbZr_0.52Ti_0.48O₃(PZT)陶瓷因其广泛的工业应用而成为研究的焦点。通过水溶的溶胶-凝胶法，合成了PbZr_0.52Ti_0.48O₃陶瓷片。通过拉曼光谱测试技术结合高压实验，系统地研究了PZT(MPB-PZT：PbZr_0.52Ti_0.48O₃)陶瓷在不同压力下的拉曼光谱。拉曼光谱实验结果分析表明，在0~25 GPa的压力范围内，随着静水压力的增加，在压力为2.61 GPa时, PZT陶瓷发生了从三方-四方混合相到四方-立方混合相的结构相变，随着压力继续增大到8.5 GPa，PZT陶瓷完全相变为顺电立方相。同时，对PZT陶瓷片的介电常数进行了测试，确定PZT陶瓷片的居里温度为395 ℃。

在金刚石压腔和大腔体压机等高压设备上进行高温高压实验时，出于压力测量、激光加温、降低矿物生长速率等目的，通常在所研究的体系中添加Pt、Au、Fe等金属。添加这些金属所必需满足的一个前提条件是，它们不与研究体系发生化学反应，这一点往往受到研究者的重视；然而，这些金属添加物是否会影响化学反应速率却往往被忽视。以刚玉(Al₂O₃)和柯石英(SiO₂)在高温高压条件下合成蓝晶石(Al₂SiO₅)的反应为研究对象，通过在实验中添加不同含量的Pt粉末，研究添加Pt粉末对该反应的影响。结果表明：Pt粉末的加入会促进合成反应的进行，而且Pt粉末含量越多，其促进作用越明显。研究结果可为解读相关高温高压实验结果提供重要依据。

对典型压力容器用钢Q345R预制裂纹夏比冲击试样进行示波冲击试验，得到了Q345R钢的载荷-位移曲线，并根据试验数据，利用J积分增量方程和Schindler方法分别计算得到Q345R钢在冲击加载下的动态裂纹扩展阻力曲线(J-R曲线)。然后将动态J-R曲线和准静态加载条件下试验得到的J-R曲线进行对比发现，动态加载条件下的J-R曲线高于准静态加载时得到的结果。最后，建立了动态和准静态加载下J-R曲线之间的关系式，对工程应用具有重要的参考意义。

建立了开展多个金属环动态破碎研究的实验平台，详细介绍了该平台的实验装置布局、起爆系统和原理，并进行金属铝和铜的动态加载实验，通过对回收碎块的分析，得出金属碎块的断裂应变以及满足的统计分布。结果表明，该实验平台能够实现同时且稳定加载多个金属环，金属碎块数目和质量的统计规律可以通过Weibull函数拟合。

利用零维模型计算分析电磁驱动柱形薄套筒内爆压缩内嵌轴向磁场的过程。通过求解LC回路方程和套筒运动方程构成的方程组，得到3个无量纲参数(h, A, Π)的最优取值和磁通压缩过程的磁能转换效率。计算表明，在恒定电流驱动，且h < 0.2情况下，套筒半径的压缩比可达10以上。在1 MJ的驱动能量下，通过适当调节参数h、A和Π，使其接近最优取值，模拟产生了1 167 T的超强磁场，同时磁能转化效率达到47.3%。计算结果和优化参数对内爆磁通压缩实验设计具有一定的理论指导意义。

采用密度泛函理论平面波超软赝势广义梯度近似方法，系统研究了Mg置换的ZnO基氧化物的晶格结构和电子结构，在此基础上分析了置换氧化物的电学性能。计算分析结果表明：Mg置换后的ZnO基氧化物其晶格减小，仍为直接带隙材料，带宽1.2 eV。Mg掺杂ZnO体系主要在-40 eV能量附近产生新的能带。费米能级附近的能带主要由Mg p、Zn p、Zn d、O p、Mg s、Zn s、O s电子形成，且这些能带之间存在着强相互作用。Zn p、Zn d、O p电子形成的能级上的载流子在外场作用下首先迁移至Mg s电子形成的能级，形成电输运过程。置换体系费米能级附近的载流子有效质量、态密度和载流子浓度都大大提高；Mg置换有利于ZnO材料体系电导率的提高。

在三项式状态方程概念框架内构建了单质固体材料的通用状态方程模型，以绝对零度Thomas-Fermi模型结果的一部分近似作为被压缩固体的冷能和冷压，并利用Cowan模型和Faussurier类氢平均原子模型得到离子与电子的热能和热压。数值计算证实，在材料压缩比大于2的条件下，该模型具有通用的特点。利用该模型计算了原子序数从3到70的所有单质固体在冲击绝热曲线上的最大压缩比及相应的温度和压强，并与其他模型所得的结果进行了比较。这些数值结果可供强激波压缩实验参考。

基于自编气体-颗粒两相流程序，对球面会聚冲击波作用于样品球形自由面而形成的喷射颗粒与气体相互作用问题进行了三维数值模拟。根据微喷过程特点及文献数据，通过建模的方法确定颗粒初始分布状态，而运动自由面对气体的作用采用虚拟流体流-固耦合方法处理，并只考虑气体与颗粒之间的定常阻力。数值模拟给出了气体流场和颗粒的演化情况，颗粒云团自然地分成高密度低速区和低密度高速区，该结果与微喷实验的认识基本一致。

为了研究柴油的最小点火能量，分别在激波管和外场模拟油箱中开展了-10号柴油的点火引燃实验。激波管实验结果表明，柴油-空气云雾的最小点火能量与柴油-空气当量比近似呈“L”型曲线关系，在当量比为1.31时，最小点火能量达到极小值0.16 MJ/m²(约5.02 kJ)；外场实验结果表明，油液区的最小点火能量是油-蒸汽区的6.74倍，并且油-蒸汽区的最小点火能量不随柴油量的变化而改变，油液区的最小点火能量则随柴油量增加而线性增大。在柴油量为21 mL时，外场实验测定的油液区最小点火能量为36.42 kJ，是激波管实验最小点火能量极值的7.25倍。

在利用汇聚型超高速发射装置进行超高压条件下物质状态方程测量时，二级飞片需要具有平面性好、击靶速度高的特点。为此采用具有自主知识产权的多介质流体高精度欧拉并行计算程序HVL-MFPPM，对汇聚型超高速发射装置进行了数值模拟，优化设计了一级飞片93W层的结构。计算结果表明：当采用最优设计方案时(93W层的直径为20 mm，厚度为1.8 mm)，一级飞片能够将克级的二级飞片加速到14 km/s以上；同时，这种设计可以提高速度增益和汇聚效果，并大幅度地改善二级飞片在发射管出口处的平面性。