G54钢是我国自主研制的一种新型超高强度钢，具有较高的潜在应用价值。为了研究该材料的动高压性能，为应用推广提供数据支撑，采用火炮作为加载手段，开展了G54钢的飞片对称碰撞实验。实验飞片速度为600～1400 m/s，通过测量G54钢样品的背表面粒子速度-时间历史，获得了典型的冲击相变及层裂信号。通过对粒子速度进行分析，结合材料密度及声速测试结果，获得了冲击压力为13～23 GPa下G54钢的Hugoniot弹性极限、层裂强度、冲击波速度-粒子速度（D-u）关系以及冲击相变点等动高压性能参数。对实验样品进行回收及金相分析发现，随着飞片速度的增加，材料层裂面的损伤机制逐渐从微孔洞聚合主导的韧性断裂向绝热剪切主导的韧性断裂转变。

碳纤维增强复合材料（carbon fiber-reinforced polymer，CFRP）具有优异的抗爆性能，逐渐被应用于舰船结构的抗爆抗冲击设计中。为了探究水下接触爆炸作用下金属/CFRP复合层合板的防护性能，基于任意拉格朗日-欧拉方法，建立了水下接触爆炸对金属/CFRP复合层合板毁伤的流固耦合数值模型，分析了层合板在承受水下爆炸载荷后的变形和吸能特点，比较了不同铺层方式对结构抗爆性能的影响，结果显示，钢/CFRP/钢结构的抗爆性能较优。针对钢/CFRP/钢结构，探究了CFRP的厚度对吸能效果的影响，并进行了厚度优化，得到了较优的厚度比，即1.1∶4.0∶1.1。

为探究单轴压缩下不同裂隙倾角对花岗岩-混凝土组合体试件的强度及能量演化的影响，结合室内试验标定的细观参数，采用二维离散元颗粒流程序（PFC^2D）对组合体试件开展了数值模拟研究。结果表明：花岗岩-混凝土的强度和变形特征受裂隙倾角影响，其强度和变形参数随裂隙倾角的增大呈逐渐增大趋势；在单轴压缩过程中，试样内部能量转化为宏观裂纹扩展，最终的破坏模式主要以拉伸失效断裂和剪切失效断裂为主；组合体试件的总能量和耗散能随裂隙倾角的增大而增大，试件破坏时总应变能大于耗散能。基于耗散能的计算，构建了损伤本构方程，当损伤因子为0.8时，试件接近极限状态，此时的能量消耗较大，显著降低了组合体试件的强度。

设计并组装了一套瞬间放电装置，实现了样品在DS 6×14 MN国产铰链式六面顶大腔体压机下的高压瞬间放电加热。结合大腔体静高压加载技术以及瞬间放电加热技术，利用熔体凝固过程中晶体经历形核和生长2个阶段的特征，判断晶体的熔化情况。对h-BN粉晶进行了高压环境下的瞬间放电加热处理，以研究高压下h-BN的熔化行为。采用扫描电子显微镜对高压条件下经历瞬间放电加热处理的样品进行微观形貌分析，判断h-BN晶体的熔化情况，确定了在3.4和4.3 GPa压力下h-BN的熔点分别为(4251±150) K和(4531±200) K。这些发现有利于h-BN的应用探索以及现有氮化硼高温高压相图的修正。

针对高速战斗部侵彻双层目标时装药的损伤问题，基于内聚力模型开展了PBX装药战斗部侵彻双层靶板的数值模拟研究。采用内聚力模型计算装药损伤的出现与演化，分析了侵彻速度与损伤发生的关系，通过损伤比对侵彻结束后PBX装药的损伤进行了量化，建立了PBX装药细观损伤仿真模型，研究了侵彻双层靶板过程中PBX装药细观损伤机制。结果表明：当弹体垂直侵彻双层靶板时，在压-拉反复作用下，装药尾部形成了垂直于加载方向的贯穿裂纹，且装药的损伤程度随着侵彻速度的增大而增大；在侵彻双层靶板过程中，PBX装药的主要损伤模式是界面脱粘，微裂纹最先出现在颗粒边角处，并且逐渐增多，最终界面微裂纹失稳扩展并汇聚为连续的主裂纹。

天然岩体常含自由边界，对定向断裂爆破产生干扰。为探究自由边界对定向断裂爆破的影响，采用爆炸焦散线方法和高速摄影技术，研究了含自由边界时定向爆炸裂纹尖端的应力分布和扩展机理。自由边界的反射P/S波作用于定向爆炸裂纹，改变了裂尖应力分布，产生了“弧线形”裂纹扩展路径。定向爆炸裂纹扩展可分为3个阶段。(1) 反射波作用前：裂尖受爆生气体“气楔”作用，产生Ⅰ型断裂，并沿直线扩展。(2) 反射波作用时：反射P/S波均使裂尖受张拉-剪切作用，产生Ⅰ-Ⅱ复合型断裂，裂纹偏转趋向自由边界；在反射P波的作用下裂尖产生畸变焦散斑，裂尖应力由K场主导变为非K场主导，而在反射S波的作用下裂尖应力恢复为K场主导。(3) 反射波作用后：裂尖在惯性作用下恢复为Ⅰ型断裂，沿直线扩展。在明确反射P/S波对定向爆炸裂纹作用的基础上，推导了自由边界影响下定向断裂爆破炮孔间距的计算公式，可为精细化定向断裂爆破提供理论参考。

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了不同扭转角下石墨烯/MoS₂异质结构的电子结构和光学特性。结果表明，转角后的石墨烯/MoS₂异质结构仍具备作为单层材料时的部分特征。在费米能级附近，石墨烯层保持了其特殊的线性色散能带结构，狄拉克锥上的直接带隙E_g受到层间旋转调制的影响。异质结构中的MoS₂层对层厚具有高度的敏感性，随着厚度的增加，其间接带隙持续增大。当转角为10.9°时， E_g的最大值为11.67 meV。差分电荷密度计算结果表明，随着旋转角度的改变，MoS₂层中Mo-S间的电子转移引起了Mo―S键长的变化，从而增大了S-S层间距。同时，通过与MoS₂结合形成异质结构，石墨烯获得了较高的载流子浓度，异质结界面间旋转使空穴掺杂载流子浓度提高至9.2×10¹² cm⁻²，比未转角时提高约6倍。异质结构的光学性质计算结果表明：当转角为27.0°时，其吸收边发生红移，并向低能区移动了0.233 eV；当转角为10.9°时，其吸收边发生蓝移，并向高能区移动0.116 eV，同时，在可见光范围内，异质结构损失函数下降了0.007。研究结果可为设计新型具有转角特征石墨烯异质结构的光学纳米器件提供理论参考。

融合多种生物材料内部结构的混合仿生结构设计是近年来兴起的一种材料强韧化设计新策略。采用碳纤维增强环氧树脂设计了一种由贝壳珍珠层“交错”结构和凤凰螺“交叉”结构融合而成的新型“交错-交叉”复合结构材料。实验和理论研究发现，珍珠层“交错”结构和凤凰螺“交叉”结构在内部载荷传递和应力分布调控方面存在显著差异，将两者进行简单混合将会导致局部应力集中，进而使材料性能劣化。通过优化该复合结构，提出了一种新型小角度连续纤维“交叉”叠层仿生结构，该结构能够优化材料内部的全场应力分布、抑制局部应力集中，形成延迟整体结构断裂失效的强韧化机制，有效解决材料性能的劣化问题。该研究结果有望为解决材料的强韧矛盾提供有益参考。

三周期极小曲面（triply periodic minimal surface，TPMS）结构材料作为一种高孔隙率和高能量吸收效率的多孔介质，在许多领域得到广泛应用。以Gyroid和IWP结构作为设计基元，利用Sigmoid函数构建圆柱形过渡层，将外层IWP结构与内层Gyroid结构连接，设计了内外嵌套的GIP混合胞元结构。通过选择性激光熔融技术打印了Gyroid结构、IWP结构和GIP混合结构试样，并利用直撞式霍普金森杆对其进行了实验研究。结合LS-DYNA软件进行了更大冲击速度范围的数值模拟，分析了试件的变形演化过程和动态应力-应变关系。结果表明：结构的初始峰值应力和比吸能表现出不同程度的应变率敏感性。与Gyroid和IWP结构相比，GIP混合结构材料的应力-应变曲线表现出更明显的应变硬化趋势和更强的能量吸收能力。相较于GIP-1结构（冲击方向与圆柱形过渡层轴线方向相同），随着冲击速度的提高，GIP-2结构（冲击方向与圆柱形过渡层轴线方向垂直）具有更低的初始峰值应力和更大的比吸能，因而具有更优异的抗冲击性能。

为探讨高韧钢的抗爆性能及其影响因素，结合空爆试验，对高韧钢平板和加筋板的动响应过程进行了数值模拟，并与相同厚度的高强钢进行了对比。首先，开展了高韧钢和高强钢平板的空爆试验，对比分析了2种材料平板的变形和破坏试验结果。随后，采用LS-DYNA非线性有限元程序对高韧钢平板在近距空爆载荷作用下的变形/失效过程进行了数值模拟，并与试验结果进行了对比，验证了数值模拟方法的合理性。在此基础上，通过数值模拟进一步分析了高韧钢平板和加筋板结构的动态响应过程和失效机理。研究结果表明，在TNT药量为1 200 g、爆距为100 mm的近距空爆载荷作用下，10 mm厚的高韧钢平板仅发生拉伸大变形，而10 mm厚的高强钢平板中部出现大破口。高韧钢平板的抗爆性能明显优于同等厚度下的高强钢平板。近距离空爆载荷作用下，高韧钢平板的主要变形模式为整体拉伸变形，而高韧钢加筋板结构的主要破坏模式为沿加筋部位的剪切破坏。随着载荷强度的增大，高韧钢加筋板结构呈现出3种不同的失效破坏模式；随着加筋高度的增大，面板沿加筋的局部剪切应力更大，高韧钢加筋板的抗爆性能反而会劣化。研究结果展示了高韧钢的抗爆优势，可为高韧钢在舰船防护结构中的潜在应用提供技术支撑。

为了研究不同长度及倾角的裂隙对岩石-混凝土组合体强度和破坏模式的影响，基于颗粒流模拟软件（PFC），通过对比预置裂隙试样的室内试验结果，选取最接近室内试验结果的一组数据标定细观参数，由此对含预置裂隙的岩石-混凝土组合体数值模型进行单轴压缩试验。结果表明：单裂隙岩石-混凝土组合体的承载能力和弹性模量随裂隙倾角的增大整体呈增大趋势，建立了不同裂隙长度和裂隙倾角的增量函数；裂隙长度对岩石-混凝土组合体力学特性的影响显著；岩石界面的应力状态和混凝土界面附近的约束效应决定裂纹能否扩展通过界面，根据裂纹的分布情况，分析发现裂纹萌生与扩展的根本原因是应力场的变化和转移，破坏过程中岩石-混凝土组合体的破坏模式由拉伸破坏逐渐转变成宏观剪切破坏，揭示了单裂隙岩石-混凝土组合体单轴压缩的损伤演化规律。

为研究不同围压条件下含不同长度单裂隙岩体的裂纹扩展特征和能量演化规律，基于室内三轴压缩试验结果标定细观参数，开展了PFC^2D颗粒流数值模拟试验。结果表明：拉伸裂纹先于剪切裂纹产生，两者呈指数增长，裂隙长度减小和围压增大使拉伸裂纹和剪切裂纹快速增长时间滞后；最终破坏时，随裂隙长度增加，拉伸裂纹和剪切裂纹减少。应力集中于裂隙两端，裂纹周围存在应力集中现象。相同围压下，裂隙长度增加，岩样破坏时块体数减少。岩体破坏本质为能量储存、耗散与释放的过程，在加载过程中，岩体能量转化被分为4个阶段。裂隙长度增加削弱岩样储存应变能的能力，总能量减少，围压增强岩样储存应变能的能力。岩样破坏时，耗散能大于应变能，随裂隙增长，耗散能减少。

过去10年里，金属卤素钙钛矿作为一种性能优异的新型功能材料被广泛应用，其研究取得了很多重要进展。压力作为一个基本的热力学变量，可以显著地影响材料的微观结构、原子间相互作用、电子轨道和化学键，是调节材料结构和性能的一个强大工具。与此同时，压力也为研究结构与性质之间的关系提供了新路径。结合金刚石对顶砧高压装置以及原位高压表征技术，总结了金属卤素钙钛矿在高压下的结构及性质变化，包括高压驱动结构相变，有序-无序转变，非晶化，局部结构演化，带隙、光致发光、光响应、电阻等性质在压力作用下的变化，以及高压下特有的奇特性质如金属化转变，系统分析了此类材料的结构-性质关系，并对未来的新型材料设计做出了展望。

近年来，压力下卤化物钙钛矿成为新的研究热点，呈现出许多优异的电学和光学等特性。高压下钙钛矿结构演变研究是所有物性研究的基石和重点。利用金刚石对顶砧压机，结合原位高压同步辐射X射线衍射、原位高压拉曼光谱、紫外-可见-近红外分光光度计测量技术和第一性原理计算，对全无机卤化物钙钛矿CsGeBr₃在高压下的结构演变进行了系统研究。结果表明：CsGeBr₃在常压下是菱方\begin{document}$ R3m $\end{document}结构；在1 GPa时，CsGeBr₃发生菱方\begin{document}$ R3m $\end{document}到立方\begin{document}$ Pm\overline{3}m $\end{document}的结构相变；在更高的压力下保持立方结构；菱方\begin{document}$ R3m $\end{document}到立方\begin{document}$ Pm\overline{3}m $\end{document}的相变是可逆的。研究结果为进一步探索卤化物钙钛矿在压力下的性质、拓展其应用前景提供了重要的科学依据。

明胶鸟弹在不同撞击速度下表现出不同的响应特性。为解决传统明胶鸟弹本构表征方法在不同速度范围内不能通用的问题，开展了330 g明胶鸟弹以70～190 m/s速度、60°或90°入射刚性铝合金平板试验，记录了冲击力数据及撞击形貌。结果表明，随着撞击速度的提高，鸟弹碎裂得更充分，碎块体积减小。利用LS-DYNA建立了自适应FEM-SPH（finite element method-smoothed particle hydrodynamics）鸟体模型。依据试验结果反演得到一组鸟体本构参数：切线模量为1.33 MPa，剪切模量为115.95 MPa，Murnaghan状态方程参数γ为10.49，k₀为69.77 MPa，体积模量为246.4 MPa，失效塑性应变为1.15，初始屈服应力为0.21 MPa。仿真结果与试验结果具有很好的一致性，冲击力峰值的相对误差在2%以内，冲量的相对误差在10%以内。自适应FEM-SPH鸟体模型具有比SPH模型和拉格朗日模型更高的精度。由自适应模型得到的Hugoniot压强与理论结果具有相同的变化趋势，滞止压强与理论值较接近。

基于一级轻气炮加载技术，利用不同类型的多层复合飞片，实现了冲击加载-卸载-再加载路径，结合回收表征以及一维流体力学模拟，对Cr-Ni-Mo钢在冲击加载-卸载-再加载路径下的层裂损伤行为进行了深入研究。结果表明，在冲击加载-卸载-再加载路径下，层裂面会重新闭合并形成微损伤带，而孔洞位置仍然位于原奥氏体边界和板条群边界处，裂纹仍保持穿晶+沿晶的混合断裂模式。此外，第1层飞片与样品之间存在的较大阻抗差异会导致自由面速度中的再加载信号缺失。这些发现为深入理解Cr-Ni-Mo钢在复杂加载路径下的层裂行为提供了重要参考。

中、高熵合金因很好地兼顾了强度和韧性而备受关注，在多种极端工况下具有重要的应用前景。然而，在强冲击载荷等极端条件下，其动态力学行为和损伤失效机制仍不清楚。为此，研究了NbTiZr中熵合金在平板冲击载荷下的层裂损伤，探讨了冲击应力和加载脉宽的影响。通过波剖面分析，获得了冲击应力、加载脉宽和层裂强度信息。研究表明，NbTiZr中熵合金的层裂强度随冲击应力的增大而线性增大，随加载脉冲宽度的增大呈指数减小，介于3.77～4.80 GPa之间。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射，分析了冲击加载后回收样品的微观组织结构，发现冲击应力和加载脉冲宽度对NbTiZr的层裂损伤形貌有显著影响，层裂损伤形式为准解理断裂，未观察到固-固相变或变形孪晶。

高熵过渡金属二硼化物因其优异的力学性能及热物理性能受到了人们的广泛关注。然而，过去通过高温固相反应合成的效率较低。为此，通过高温高压固相反应，在5.5 GPa、2300 ℃的温压条件下合成了以VB₂、NbB₂、TaB₂为基底的6类高熵过渡金属二硼化物。高压提高了高温下的固相反应效率，促进了高熵过渡金属二硼化物的合成。通过X射线衍射和能量色散X射线光谱仪表征并确认了6类高熵过渡金属二硼化物均由纯相组成，不存在氧化物杂质或第二相，且元素分布均匀，不存在元素偏析，证明了高温高压合成高熵过渡金属二硼化物的有效性和普适性。