液体作为物质的基本形态之一，广泛存在于自然界以及诸多工程领域所涉及的宽广热力学状态区间，探索和认知特定热力学条件下液体的结构、性质及其演化规律，无论在物理、化学、地球及行星科学等前沿基础领域，还是在冶金化工、国防安全等工程领域，都具有极其重要的科学与应用价值。在高温高压等极端条件下，即使单组分液体也可能存在两种或两种以上的结构，它们之间的转变称为液-液转变。简要回顾了金属熔体锡和铋在结构方面取得的最新进展，并讨论了如何在物理上更加合理地理解单组分物质中两种或多种液体的存在，为深入理解液体性质及复杂相图提供参考。

近年来，压力作用下卤化物钙钛矿的结构和性质引起了科学家们的极大兴趣。然而，对于高压下钙钛矿非晶相的潜在性质和应用仍缺乏深入系统的研究。利用金刚石对顶砧，结合原位高压同步辐射X射线衍射、原位高压拉曼光谱、高压变温电学测量技术，对准一维卤化物钙钛矿CsCu₂I₃在高压下的非晶化行为进行了系统的研究。结果表明：CsCu₂I₃在35.9 GPa以上开始出现可逆的压致非晶化，形成低密度的非晶态Ⅰ相；在更高压力下，发生由低密度到高密度的非晶转变，形成非晶态Ⅱ相，并可以截获至常压条件。进一步的电学实验表明，136.0 GPa时，CsCu₂I₃发生了由绝缘体向金属相的转变，对高压下金属相的非晶态进行卸压电阻测试，发现其金属特性至少可稳定至90.0 GPa。这些结果为进一步探索非晶钙钛矿的潜在性质和应用提供了重要的科学依据。

利用水热法在230 ℃以及水的饱和蒸汽压条件下合成出毫米尺寸的四方相PbTeO₃单晶样品，并研究了其晶体结构、微观形貌、热稳定性等性质。利用金刚石对顶砧和同步辐射原位X射线衍射技术，探讨了该四方相PbTeO₃晶体在高压下的压缩行为，发现在0～37 GPa的压力范围内四方相PbTeO₃无相变发生。拟合该PbTeO₃样品的压力-体积数据，得到其体弹模量为B₀=42(1) GPa，体弹模量的一阶导数$B_0' $=5.5(0.2)。晶格参数随压力的变化显示，该晶体在c轴方向更易压缩。

针对磁驱动和激光驱动准等熵压缩实验物理中多层结构靶设计和实验数据处理的需求，在反积分处理方法的基础上，提出了多层靶的层间传递方法，实现了多层靶内加载历史的反演计算。通过正、反积分数值实验以及激光驱动实验的正、反计算，验证了多层靶中反积分数据处理方法的有效性，在绝大部分计算范围内，多层靶的反积分处理精度可以达到1%以内。利用反积分方法开展了多层靶物理实验的波形设计，并分析了不同厚度胶层的多层靶对斜波加载实验的影响。

为研究应变率（加载速率）和多壁碳纳米管掺量对碳纳米管混凝土试样力学性质、能量演化规律及损伤破坏特征的影响，采用RMT-150B岩石力学试验系统，对不同应变率下不同碳纳米管掺量的混凝土试样开展了系列单轴压缩试验。试验结果表明：碳纳米管混凝土试样的延性随着多壁碳纳米管掺量的增加而增大；当应变率恒定时，多壁碳纳米管掺量为0.1%的改性碳纳米管混凝土的单轴抗压强度最大；当多壁碳纳米管掺量恒定时，应变率为5×10⁻³ s⁻¹（0.5 mm/s）时碳纳米管混凝土试样的单轴抗压强度最大；当应变率较大时，在试样峰值应力处，碳纳米管混凝土的能量耗散值占总能量的28.29%；当应变率较小时，试样峰前阶段的能量耗散现象显著，峰值应力处耗散能占比平均高达37.34%；当应变率和多壁碳纳米管掺量均较小时，碳纳米管混凝土在破坏前所吸收的能量大量转化为耗散能，峰后试样能量释放率较小，表现为局部张拉与剪切混合破坏特征；当应变率和多壁碳纳米管掺量均较大时，碳纳米管混凝土在破坏前所吸收的能量主要储存为可释放弹性应变能，在破坏时混凝土试样的能量释放速率较高，碳纳米管混凝土试样破坏时较为破碎，一定程度上表现出冲击破坏的特征。

为获得超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene，UHMWPE）纤维复合材料层合板在静、动态压缩载荷下的力学性能与失效模式，采用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆对材料进行面外方向的压缩实验，获得了不同应变率下材料的应力-应变关系。通过扫描电子显微镜观察材料微观失效形貌，分析了材料的失效模式。结果表明，UHMWPE纤维复合材料层合板在应变率较低（6.7×10⁻³～6.7×10⁻² s⁻¹）且相差较小时，无应变率效应；在高应变率（2.05×10³～5.27×10³ s⁻¹）下，材料具有明显的应变率效应。压缩强度随应变率的增加而增大，动态增强因子逐渐增大，具有明显的应变率强化效应。静态压缩载荷下，材料的主要破坏模式为纤维的拉伸、断裂；动态压缩载荷下，材料的主要破坏模式为纵向位错分层。

为掌握玻璃纤维/环氧乙烯基酯树脂复合材料经湿热老化后的力学性能，采用真空辅助注射成型技术，制作玻璃纤维/环氧乙烯基酯树脂复合材料层合板，并根据复合材料压力容器在服役过程中的受力特点，利用水切割技术将层合板制成弯曲和剪切试样。考虑到压力容器的使用工况，对试样进行浸泡加速老化试验，分析了在不同温度和周期下复合材料的质量和力学性能变化。结果表明，随着浸泡时间的增加，复合材料的弯曲和剪切性能逐渐降低。相比于浸泡时间的影响，温度对复合材料性能的影响更显著，如在90 ℃水中浸泡6周后，复合材料的剪切强度、弯曲强度以及弯曲模量降为初始值的1/2。

为研究钢板/聚异氰氨酸酯噁唑烷（polyisocyanate oxazodone，POZD）聚合物高分子材料复合结构在近距空爆载荷下的抗爆性能，开展了近距空爆试验，通过观察试验模型的损伤以及相关数据统计，分析了钢板/POZD复合结构的变形失效模式。采用LS-DYNA软件进行数值模拟，通过与试验结果进行对比，验证了数值模拟方法的准确性，并进一步分析了钢板/POZD复合结构跨中位移变化和能量吸收特性。结果表明：在相同钢板厚度下，钢板/POZD复合结构较单一钢板具有更优越的抗爆性能，钢板呈现出3种不同的变形失效模式；在钢板/POZD复合结构中，当钢板和POZD均未出现破口时，钢板的塑性应变能占总能量吸收的大部分；钢板/POZD复合结构中心点最大位移逐渐增大，且变形速度先升高后降低。研究结果可为工程中钢板/POZD复合结构的抗爆防护设计提供参考。

结合金属/复合材料层合结构的抗侵彻能力，基于混合蜂窝结构低成本、高韧性以及在低速冲击下吸能的特点，设计了一种Al/CFRP（carbon fiber reinforced plastics）/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构，旨在利用各层结构特点，逐步降低弹体速度，高效吸收弹体动能，以达到防护效果。为探究Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构在弹体侵彻下的损伤演化规律及吸能特性，开展了Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构在弹体侵彻下的数值分析，探讨了冲击能量对多层结构抗侵彻性能的影响。结果表明：与Al/CFRP复合结构相比，引入混合蜂窝铝后，结构给予弹体的反作用力增大，在能量不变的情况下，弹体作用板的时间变短。在Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构抗侵彻过程中，Al板和CFRP芯层主要抵抗侵彻以降低弹体速度，混合蜂窝铝主要是吸能。在 40 J的冲击能量下，结构总吸能为36.79 J，比吸能为0.217 J/g，蜂窝铝芯层吸能占主要部分，吸能比率为30.3%；随着冲击能量的增大，蜂窝铝芯层的吸能比率增至56.2%，即冲击能量较大时蜂窝铝芯层的吸能效果更好。

结合几何学的胞元设计思路，提出了一种新型多胞结构—内旋层级类蜂窝（intorsion hierarchical honeycomb-like，IHH）结构，通过数值模拟方法对其面外力学性能和变形特征进行深入研究，并与普通蜂窝结构、填充圆管的蜂窝结构进行了比较。研究发现，采用内旋层级设计的多胞结构，其胞元内部产生了独特的约束效果，在多层级设计条件下，可以进一步加强这种约束效果，从而提高结构的力学性能。此外，通过开展参数化研究，以揭示相对密度变化对结构性能的影响；基于简化超级折叠单元理论，建立了内旋层级类蜂窝结构的理论模型。结果表明，内旋层级类蜂窝结构在渐进式折叠变形模式下表现出最佳的吸能效率，理论模型能够有效地预测内旋层级类蜂窝结构的平台应力。研究结果可为多胞结构性能优化设计提供指导。

复合材料高速船舶在复杂多变的海况中航行时，由于船体结构自身的大幅升沉和纵荡运动，不可避免地会与波浪产生砰击作用，可能产生结构损伤甚至失效。采用欧拉-拉格朗日方法建立了复合材料层合板砰击数值模型，将模拟结果与文献中的试验结果进行对比，验证了流固耦合渐进损伤分析方法的可靠性。在此基础上，建立了碳纤维增强复合材料夹芯板入水砰击流固耦合数值模型，编写了VUMAT子程序，研究了复合材料夹芯板渐进损伤演化特性，分析了砰击水动力载荷、射流和水压分布特性，研究了砰击速度和斜升角对夹芯板损伤特性的影响规律。结果表明，碳纤维增强复合材料夹芯板入水砰击过程经历4个阶段，即初始增长阶段、波动阶段、急剧上升阶段和迅速下降阶段。砰击载荷作用下复合材料夹芯板产生基体损伤和分层损伤，随着砰击速度提升和斜升角增大，砰击水动力载荷逐渐增加，复合材料夹芯板面板损伤范围逐渐扩大。

在充液结构内设置双层隔板空气夹层可以有效减弱水锤效应带来的危害。为了研究双层隔板间距及位置对水锤效应的影响机理，通过已发表的试验数据对数值模拟方法进行验证后，基于物质点法开展了射弹侵彻双层隔板充液结构的数值模拟，分析了空穴形成过程、射弹剩余速度、固定点液体压力峰值、出入射壁及双隔板壁变形等情况。结果表明：随着双层隔板间距增大，充液结构的变形程度呈先减轻后加重的趋势；双层隔板位置越靠近入射壁，对压力冲击波传导的阻碍作用越强，充液结构的抗侵彻能力越好。

为了研究起爆偏心对聚能射流的影响，运用有限元软件LS-DYNA模拟了不同起爆偏心量（0.025D_k～0.125D_k，D_k为装药直径）下射流成型及其破甲过程，探究了药型罩非对称压垮程度、射流形态以及横向速度的变化规律，建立了理论模型以分析不同偏心量下射流横向速度分布情况，并基于正交试验设计理论和方差分析法揭示了各因素对评价指标影响程度的显著差异。结果表明：药型罩非对称压垮程度及射流横向速度均与偏心量呈正相关变化趋势。偏心量为0.025D_k时，射流侵彻深度仅下降0.7%；偏心量为0.050D_k时，侵彻深度下降突跃为12.4%；随着偏心量的增加，侵彻深度继续下降。此外，适当增大壁厚、罩顶装药高度可削弱起爆偏心对射流横向速度的影响。

为了研究横向效应增强型侵彻体（penetrator with enhanced lateral effects, PELE）侵彻金属靶板破碎效应的相似规律，选取PELE的壳体破碎长度和靶后破片散布半径作为衡量PELE破碎效应的两个物理参量，基于量纲理论对PELE破碎效应问题进行相似分析，应用AUTODYN软件开展了4组相似模型数值模拟，并进行了两组相似模型验证试验。研究结果表明：通过相似理论分析，确定了PELE破碎效应满足严格的几何相似律。在800～2000 m/s撞击速度范围内，归一化处理的壳体破碎长度和靶后破片散布半径数值模拟结果及试验结果与几何尺寸无关，仅随撞击速度的提升呈线性增长，从而证明了PELE侵彻金属靶的破碎效应满足几何相似律。

为探索氢气爆炸防治新技术，开发新型阻隔防爆材料，开展了抗磁性铝丝和铁磁性镍丝对预混氢气-空气爆炸压力影响实验，利用CHEMKIN-PRO软件对氢气爆炸过程中的反应路径和温度敏感性变化进行模拟。实验结果表明，两种金属丝对氢气-空气混合气体爆炸具有双重作用：当混合气体中氢气的体积分数低于20%时，金属丝材料抑制氢气爆炸，且材料填充量越大，抑制作用越强；当混合气体中氢气的体积分数高于25%时，两种金属丝促进氢气爆炸，且填充量越大，促进作用越强。在促进爆炸阶段，镍丝的促进效果弱于铝丝；在抑制爆炸阶段，镍丝的抑爆效果优于铝丝。模拟结果表明，R2对氢气的生成速率影响最大，R1对氢气及爆炸过程中的温度影响最大，影响温度敏感性变化的主要基元反应对爆炸均具有促进作用。通过实验和数值模拟综合分析，揭示了不同磁性金属丝对氢气爆炸的影响机理，可为氢气爆炸防治和开发新型阻隔防爆材料提供理论指导。

旋转爆轰发动机环形燃烧室和预爆轰管的设计是影响发动机点火性能的关键因素。为了获得环形燃烧室中的起爆机制，使用多帧短时开快门摄像法，研究了不同含量氩气稀释的乙炔-氧气爆轰波经直管道沿切向进入环形通道中的传播过程和模式，重点关注爆轰波的失效和重新起爆机制。通过分析胞格模式发现环形通道内爆轰波的传播模式可以分为亚临界、临界和超临界3种状态。环形通道内爆轰波在顺时针和逆时针方向同时传播，根据初始压力和环形管道宽度的不同，会出现完全熄爆模式、熄爆-重新起爆模式和完全不熄爆模式，对应亚临界、临界和超临界3种状态。3种状态在顺时针和逆时针方向出现的顺序并不一致，相比较而言逆时针方向更易熄爆。研究同时也发现重新起爆通过两种方式实现：一种是通过解耦爆轰波与内壁面的反射以及其后的横向爆轰波，另外一种是通过燃烧转爆轰。通过分析直管的临界管径发现，随着环形通道宽度的增大，对于高浓度或低浓度氩气稀释的乙炔-氧气爆轰波，其临界管径均趋近于经典衍射问题中不稳定爆轰波的临界管径。实验研究结论将为旋转爆轰发动机燃烧室和预爆轰管的结构设计提供技术支持。

起爆延时严重影响隧道爆破掘进效率，研究隧道精确控制爆破中岩石的破碎效果和掘进效率具有重要意义。为此，开展了隧道爆破中掏槽孔与辅助孔之间延时的相似模型试验研究，分析了不同起爆延时情况下岩石的破碎特征。模型试验表明，在隧道爆破中精确延时电子雷管对于提高爆破效果具有明显优势，得到了一定条件下模型试验与现场试验中起爆延时的相似关系。由现场试验可知：掏槽孔与辅助孔之间的最佳延时范围为15～25 ms，此时炮孔的利用率最高。结合相似理论的模型试验，得到最佳延时范围为8～24 ms，与现场试验结果具有较好的一致性，研究结果对隧道爆破掏槽孔与辅助孔之间的延时选取具有指导意义。

为了保证超大矩形盾构隧道开挖面的稳定性，依托某超大矩形盾构隧道工程，采用理论分析、数值模拟和现场监测方法对复合地层下穿高铁超大矩形盾构隧道开挖面的极限支护力进行了研究，提出了复合地层下穿高铁超大矩形盾构隧道开挖面临界破坏模式，并基于极限平衡理论推导了极限支护力计算方法。数值模拟和现场监测结果表明：提出的极限支护力计算方法与数值模拟和现场监测的误差分别在10.40%～18.30%和11.19%～16.85%区间，说明极限支护力公式安全可靠，可应用至实际工程中。研究结果可为类似工程开挖面稳定性控制提供参考。