具有强关联电子特性的凝聚态系统中，电子间的强关联性主导系统的宏观量子特性。这类系统具有电荷、自旋、轨道、晶格及拓扑等多重自由度，这些自由度强烈耦合，产生复杂的多体相互作用，导致系统出现丰富奇异的量子现象，如非常规超导电性、庞磁电阻、金属-绝缘体转变、拓扑量子相变等。其中，非常规超导体的研究于近几十年取得了不少进展，例如发现了铜氧化物高温超导电性和铁基超导体，然而导致非常规超导电性的原因，尤其是对高温超导电性的机理认识目前尚不清楚，非常规超导机理一直是凝聚态物理研究领域中最具挑战性的问题之一。为此，简要介绍了近年来我们通过高压实验手段在重费米子超导体、铜氧化物超导体和铁基超导体这3类主要的非常规超导体研究中取得的进展、发现的新现象以及反映的新物理机理，包括磁性和超导电性的演化关系、价态变化对超导电性的影响、铜氧化物的普适压力相图等，旨在提供非常规超导体在高压研究方面的一些实验新进展，以期为更好地理解非常规超导的微观机理提供压力维度下的一些信息。

量子材料GaTa₄Se₈（GTS）不仅展现出绝缘体到金属相变、J_eff量子态以及拓扑超导等多种有趣的物理性质，而且还是电阻开关和存储介质材料，一直以来备受关注。当前科学家们对其绝缘基态的结构仍存在争议，基态结构的不确定阻碍了对其各种物理性质的深入理解。GaTa₄Se₈的绝缘基态长期被认为具有立方对称结构（空间群$ F\bar{4}3m $），其电子能隙是由自旋轨道耦合效应和电子关联共同作用形成的Mott型能隙。最近第一性原理计算表明，立方结构的声子谱存在虚频而不稳定，并预测立方对称存在结构畸变会形成更稳定的三方结构（$ R3m $）或四方结构（$ F\bar{4}{2}_{1}m $）。为此，本研究通过压力调节该材料的电子能隙，结合Raman光谱、X射线衍射、电阻测量等多种实验表征手段，对比实验得到的数据与第一性原理计算结果，进一步探索GaTa₄Se₈的基态结构。研究表明三方对称结构（$ R3m $）更符合实验观察结果。

在众多热电材料中，SnTe具有与PbTe相同的晶体结构且不含重金属Pb，近年来引起了人们的广泛关注。目前，本征SnTe的热电性能并不特别优异，存在以下问题：大量本征Sn空位导致载流子浓度过高，从而降低了电输运性能；价带中的轻带与重带能量劈裂较大，且带隙过窄，不利于通过重带参与电运输提高Seebeck系数；晶格热导率较大。利用高温高压方法快速合成了Ge掺杂的SnTe合金，系统研究了不同Ge含量对SnTe的微观结构和热电性能的影响。结果表明：Ge掺杂能够有效地调控SnTe材料的电运输性能；Ge掺杂使样品的微观结构发生变化，样品晶粒细化，且析出纳米第二相，晶界和纳米相对声子的散射作用降低了热导率；样品Ge_0.2Sn_0.8Te在700 K时的热电优值达到0.35。

为研究PbCO₃在高压下的稳定性，利用金刚石对顶砧技术，采用NaCl固体、甲醇-乙醇-水混合液体（16∶3∶1）和甲醇-乙醇混合液体（4∶1）做传压介质，开展了PbCO₃的高压拉曼实验，最高压强分别达到24.5、25.0和67.0 GPa。研究发现，PbCO₃在10、15和30 GPa左右发生相变，在静水压强条件下${\rm{CO}}_3^{2-} $基团的ν₂-外弯曲振动模出现了软化现象。通过对比得到不同传压介质中PbCO₃的Grüneisen参数γ，发现相变机制略有不同，并且压强对晶格振动的影响比${\rm{CO}}_3^{2-} $基团的影响大，这是由Pb²⁺―O键的键长较大造成的。在所研究的压强范围内，PbCO₃没有发生分解或非晶化，30.0 GPa以上出现的PbCO₃-Ⅳ相直至67.0 GPa都很稳定。

利用旋转式金刚石对顶砧压机（RDAC）结合显微激光拉曼光谱和微区X射线衍射，研究了三水铝石（$\gamma $-Al(OH)₃）在高压剪切作用下的结构稳定性。常温加压至1.5 GPa，旋转180°后，$\gamma $-Al(OH)₃的结构开始转变。初始样品在高波数段的4个羟基伸缩振动峰（3 363、3 434、3 524和3 618 cm⁻¹）相继消失，出现3 303和3 560 cm⁻¹ 2个新峰。低波数段拉曼谱强度明显减弱，无非晶态宽峰；Al-O-Al变形振动双峰（568、539 cm⁻¹）和Al-O伸缩振动肩峰（321和307 cm⁻¹）分别融合为一个振动峰；4个羟基变形振动峰（1 052、1 018、981和922 cm⁻¹）仍然可见。继续加压至3.5 GPa，旋转360°后卸至常压，高波数段新出现的两个羟基伸缩振动峰、原Al-O-Al变形振动峰和Al-O伸缩振动峰仍然可见。对比准静水压条件下$\gamma $-Al(OH)₃高压相的拉曼谱和相转变压力（约2.7 GPa），认为常温高压剪切作用下$\gamma $-Al(OH)₃脱羟基生成了H₂O和${\rm{H}}_3{\rm{O}}_2^- $。卸压样品微区的X射线衍射谱进一步揭示，在高压剪切作用下，$\gamma $-Al(OH)₃的(OH)-Al-(OH)配位八面体骨架被破坏，沿c轴方向原子叠加的层间距缩小，对称性增强。这种不同于准静水压实验的结构改变来自腔体内压力的不均匀分布（0.5～4.5 GPa）。高压剪切作用下，三水铝石的结构稳定性研究对查明板块冷俯冲带中含水矿物的稳定性，推演俯冲板片的物理化学性质以及板块俯冲的速率具有重要意义。

板块构造活动与岩石圈密切相关，是地震等重大地质活动的物理源，但其动力机制尚不清楚。为此，通过分析地球内部处于高压环境的岩浆凝固对岩石圈力学状态的影响，探究板块运动的力源机制。地球作为一个整体不断向外太空散发热量，内部是处于高压高温下的液-固共存状态。自地球形成以来，熔融岩浆的凝固过程持续至今，液-固转变将导致地球内部的密度变化和潜热释放，从而降低刚性岩石圈底部的压力及其支撑力。研究发现，岩石圈的强度不足以支撑其自重，底部的压力（强）波动会使其力学结构失稳。受刚性、脆性岩石圈的约束，地球内部处于高压环境的岩浆凝固必然导致岩石圈力学状态发生变化，在重力作用下，板块之间的相互作用加剧，局部应力积累会超过岩石的强度极限，导致岩石圈内部发生破裂，所积累的应力通过地震等地质活动形式在岩石圈薄弱地带释放，并自我调整以达到新的力学平衡，而板块边界就是岩石圈的最薄弱区域，所以该区域的地震活动频繁发生。上述过程是不断重复的，这就是板块运动驱动力的来源。

Py-FeO₂、Py-FeOOH和ε-FeOOH是地幔及核幔边界的重要成分，其在高温高压下的物性演化特征对了解地幔物质组成和结构及动力学过程有重要意义，为此利用第一性原理方法计算了 0～350 GPa条件下Py-FeO₂和Py-FeOOH以及0～170 GPa条件下ε-FeOOH的晶体结构与弹性性质。Py-FeO₂和Py-FeOOH的晶格常数随压强的增加呈逐渐减小趋势，而ε-FeOOH的晶格常数随压强增加而减小，其中c轴更容易被压缩。Py-FeO₂、Py-FeOOH和ε-FeOOH的晶胞密度随压强增加而增大，按照密度由大到小依次为Py-FeO₂、Py-FeOOH、ε-FeOOH。3相的体积模量随压强的增加线性增加，Py-FeO₂和Py-FeOOH的剪切模量随压强的增加线性增加。对比体积模量可知，Py-FeO₂的体积模量最高，Py-FeOOH和ε-FeOOH的体积模量在高压下几乎一致；而Py-FeO₂的剪切模量最大，ε-FeOOH的剪切模量最小。Py-FeO₂、Py-FeOOH和ε-FeOOH的压缩波速随压强的增加而增加，Py-FeO₂的剪切波速随压强的增加而增加。Py-FeOOH的剪切波速在0～2000 km深度范围内随深度增加而减小，在2000～6000 km深度范围内变化较小（在5.8～6.0 km/s之间）；ε-FeOOH的剪切波速在33 GPa（约900 km深度）发生突变。3相中ε-FeOOH的波速最低，而Py-FeO₂的波速最高。综合计算结果表明，Py-FeO₂和Py-FeOOH具有高密度、低波速的特点，与地幔超低速区的性质一致。Py-FeO₂和Py-FeOOH在形成之后可能富集下沉到核幔边界，成为超低速区的来源。ε-FeOOH在超过33 GPa压强条件下发生的氢键对称化给ε-FeOOH的结构带来显著变化，同时氢键对称化会影响原子间相互作用，进而影响ε-FeOOH的弹性性质以及地震波速。

在高温高压实验中，样品所处位置的压强、温度及样品腔温度分布情况对实验结果分析十分重要，因此使用高温高压实验装置前需对所用组装进行压强和温度标定。针对双向活塞圆筒装置19 mm外径样品组装，进行了压强与温度标定。利用氯化钠（NaCl）在高压下的熔化曲线对压强进行标定，当下油缸油压出现大幅度下降时，样品腔内的NaCl发生熔化，将此时热电偶测量的温度与文献报道的NaCl在高压下的熔化曲线进行比较，确定样品腔内的实际压强。压强标定结果显示，实际压强与目标压强满足线性关系。采用双热电偶法对19 mm外径样品组装样品腔的中部和上部进行测温，发现样品腔中心温度高于样品腔上部温度，温度梯度随温度升高而增大，随压强升高而减小。在二次加压升温时，样品腔内的温度梯度高于第一次加压升温实验测量结果。所得压强和温度标定结果对今后使用19 mm外径样品组装开展高温高压实验研究具有参考价值和指导意义。

通过三点弯动态冲击实验和数值模拟方法，研究了分支交错层状仿生复合材料的动态断裂韧性。首先设计并制备了分支交错层状仿贝壳复合材料试样，即将一种脆性刚性材料和一种橡胶类材料分别作为复合材料的硬质层和软胶层；随后采用改进的分离式Hopkinson压杆装置进行了三点弯冲击实验；接着讨论了初始冲击速度、硬质材料长宽比、软质材料层厚度对复合材料试样动态断裂行为的影响；最后采用ABAQUS有限元数值模拟，研究了不同宽度和不同冲击方向对复合材料试样动态断裂韧性和裂纹扩展的影响。结果表明：随着冲击速度和硬质材料长宽比增加、软胶层厚度减小，裂纹越倾向于沿直线扩展，反之，裂纹越倾向于绕过硬质材料沿着软胶层呈折线扩展；试样的峰值动载荷和起裂时间也随之增大。有限元模拟结果表明：随着结构总宽度的增大，试样断裂韧性增加，裂纹倾向于绕过硬质材料沿着软胶层扩展；采用实验设计的冲击方向时，试样的断裂韧性高于其他方向。

在弹道段撞击速度范围内，针对玄武岩纤维布/铝板组合防护结构开展了高速撞击实验（实验使用的2017铝球弹丸的直径为3.97 mm，撞击速度为1.49～3.65 km/s），获得了防护结构的弹道极限速度，分析了铝球弹丸高速击穿玄武岩纤维布和铝板后的剩余速度。基于单层铝板发生穿孔失效时的临界撞击动能，研究了玄武岩纤维布/铝板组合防护结构的高速撞击防护性能。结果表明：当弹丸未破碎时，相同直径的铝球弹丸以不同速度击穿相同面密度的玄武岩纤维布后的速度减小量近似为常数；铝球弹丸直径越大，弹丸击穿相同面密度的玄武岩纤维布后的速度减小量越小；在防护结构面密度相同的情况下，铝板前置的玄武岩纤维布/铝板组合防护结构比玄武岩纤维布前置的组合防护结构具有更好的高速撞击防护性能。

利用磁驱动加载实验技术和激光干涉测速技术，开展了未反应固体TATB基PBX-14炸药的斜波压缩实验，获得了20 GPa峰值压力下PBX-14炸药的后表面速度波剖面实验数据。基于阻抗匹配修正的迭代Lagrange数据处理方法处理实验数据，获得了0～20 GPa压力范围内PBX-14炸药的压力-相对比容关系、高压声速-粒子速度关系等动力学特性参数。结合等熵状态方程和由实验获得的动力学参数，对PBX-14炸药的斜波压缩实验过程开展了一维流体动力学数值模拟，计算结果与实验结果吻合良好，验证了本实验方法、数据处理方法及选取的物理模型的正确性。

基于考虑分层失效和渐进损伤的三维Hashin失效准则，对复合材料点阵夹芯梁结构及其泡沫增强夹芯结构开展了局部冲击加载下的数值模拟分析，研究了冲击强度及泡沫增强效应对复合材料点阵夹芯梁结构抗冲击性能的影响。通过与实验的对比分析，验证了数值模型的有效性。结果显示，冲击强度的变化对结构的动态响应、失效模式及能量耗散形式都有明显的影响。泡沫增强效应使结构的横向变形响应速度降低，并且随着冲击强度的增加尤为敏感。泡沫芯材的压缩和开裂失效使得结构保持良好的完整性和更低的损伤程度，有效地降低了其他组分的能量吸收比，表明泡沫填充有效地提升了复合材料点阵梁结构在局部冲击载荷作用下的防护效能。

贝壳作为典型的抗冲击生物材料，具有轻质、高强、高韧等优异性能。通过构建仿贝壳砖泥结构有限元模型，并对其在落锤冲击载荷下的动态响应进行数值模拟，分析了堆叠层数、冲击速度及锤头类型对仿贝壳砖泥结构能量吸收性能的影响。结果表明：5类堆叠层数下的仿贝壳砖泥结构的比吸能呈先增加后减小的变化趋势，并且在所设计的5类堆叠层数结构中，3层仿贝壳砖泥结构具有最大的比吸能，其值较比吸能最小的单层结构提高了10.8%；随着冲击速度的提升，结构载荷峰值及能量吸收均略有增大；相同锤径下，圆柱形锤头较半球形锤头更易穿透模型。

氦泡等缺陷对金属材料动态强度的影响一直是动态强度研究关注的重点。将相场方法引入冲击加载下氦泡演化行为研究中，通过与晶体塑性理论耦合，建立了可描述冲击下氦泡早期演化行为的介观模拟技术。应用该方法，针对含氦泡的金属铝材料，从介观尺度对氦泡的演化行为及其对位错集体演化行为的影响进行了研究。结果表明：氦泡结构的非均匀性导致局域应力集中和塑性变形集中，局域塑性变形集中会导致沿冲击波传播方向发射稀疏波；从能量守恒角度上看，在材料变形过程中氦泡生长与塑性变形呈竞争关系，塑性耗散的快慢直接影响氦泡的生长速率，使其发生改变。研究结果可为解读含氦泡材料的宏观屈服强度和层裂行为提供理论支撑。

受自然界毛竹微观结构的启发，在传统圆管与六边形管的基础上引入内管及双菱形肋骨，通过拓扑衍生方法设计了两种新型仿生蜂窝结构。在此基础上利用有限元软件ABAQUS对新型仿生蜂窝的耐撞性进行数值模拟，研究了蜂窝单胞构型、蜂窝壁厚、双菱形肋骨夹角对仿生蜂窝耐撞性能的影响。此外，基于超折叠单元理论，建立了仿生蜂窝结构的理论分析模型。结果表明：仿生蜂窝的面外压缩耐撞性能优于传统圆形蜂窝和传统六边形蜂窝。新型仿生六边形蜂窝的比吸能相比传统六边形蜂窝提高51.18%，压缩力效率提高53.14%。仿生蜂窝结构的平均压缩力理论预测结果与数值模拟结果吻合，两者间的误差均在10%以内。单胞构型为六边形的仿生蜂窝的耐撞性能优于圆形仿生蜂窝。适当增加仿生蜂窝壁厚或增大双菱形肋骨夹角，均有利于提高结构的耐撞性能。

热塑性纤维金属层合板作为具备优良抗冲击潜能的复合材料，在舰船防护领域受到广泛关注。以热塑性纤维金属层合板为研究对象，基于封闭空间内爆炸载荷作用下层合板动态响应试验数据，以及通过代表体积元（representative volume element, RVE）方法计算得到的纤维板材料参数，开展了热塑性纤维增强金属层合板的数值模拟研究。通过试验结果与数值模拟结果的对比，验证了数值模拟方法的有效性，进一步分析了层合板的响应规律。所采用的热塑性纤维金属层合板舱内爆炸响应数值模拟方法对研究层合板抗冲击性能具有一定的借鉴意义，为相关研究的进一步开展提供了思路。

基于金属微观晶体结构，设计了一种改进型面心立方（FCC）晶格材料。利用 ABAQUS有限元软件，对体心立方（BCC）及FCC晶格材料进行了准静态与速度为10～100 m/s的动态加载数值模拟，定量分析了两种晶格材料的能量吸收性能，给出了动态加载下晶格材料压缩平台应力及塑性能量耗散的半经验公式。结果表明：在准静态压缩载荷下，相同相对密度的FCC晶格比BCC晶格具有更优异的能量吸收性能，当相对密度为10.5%～10.6%时，FCC晶格材料的归一化比吸能是BCC晶格材料的2.6倍。此外，与常见负泊松比材料及大部分桁架晶格材料相比，相同相对密度的FCC晶格材料具有更高的比刚度、能量吸收效率及压缩力效率。

将爆轰产物状态方程与气泡运动方程相结合，提出了一种水下爆炸气泡脉动周期的数值计算方法，能够快速计算不同炸药水下爆炸的气泡脉动周期。结果表明：采用JWL状态方程与采用$\gamma$律状态方程的气泡周期计算方法相比，前者计算TNT炸药水下爆炸气泡脉动周期的误差更小，计算误差小于3%；通过对比RS211炸药水下爆炸实验结果，进一步验证了该数值计算方法对含铝炸药水下爆炸气泡脉动周期的计算同样具有良好的适用性。

针对增强聚能射流的破甲后效问题，设计了等壁平顶锥形铜铝双层复合药型罩装药结构，采用冲击波物理显示欧拉动力学软件SPEED开展复合射流成型及对钢-铝间隔靶侵彻过程的数值模拟，分析内外双层药型罩高度比$\varepsilon $、药型罩锥角$\alpha $等参数对复合射流成型和间隔靶侵彻性能的影响规律。研究结果表明：复合射流的头部速度随$\varepsilon $增大呈先减小后增加的趋势，在ε约为1/2时，可形成具有相近速度的铜铝同轴复合射流微元，利于铝射流微元与目标相互作用实现后效增强毁伤；且当α在50°～60°范围内时，复合射流中段为集中的铝射流微元，更利于侵彻后的爆炸或爆燃反应。对优化参数的复合药型罩结构数值模拟结果与文献公布的实验结果吻合较好。研究结果对增强后效聚能装药设计具有参考价值。

为研究径向装药不耦合系数对花岗岩爆破损伤程度的影响，在考虑爆炸冲击波和爆生气体共同作用的基础上，提出了一种“动”、“静”荷载混合施加的PFC爆破模拟方法，采用该方法分别进行了6种不耦合系数下花岗岩爆破过程的数值模拟。模拟结果显示，随着装药不耦合系数的增大，花岗岩爆破损伤程度先增强后减弱。耦合装药下，爆生裂纹数量为9367；不耦合系数为1.2时，裂纹数量增加至最多，为24975；不耦合系数为2.0时，裂纹数量减少为292。对比耦合装药和不耦合系数为1.4时的花岗岩损伤模式发现，爆生气体的准静态压力对爆生裂纹的扩展具有重要作用。根据不同不耦合系数下的爆生裂纹数量，建立了不耦合系数大于或等于1.2时的岩石爆破损伤程度预测模型，拟合度达0.9808。该预测模型对爆破施工设计等工作具有一定的参考意义。