阅读全文利用反向Taylor杆撞击实验和数值模拟方法研究了30CrMnSiNi2A钢在高应变率冲击下的动态特性。首先，在Taylor杆冲击实验的基础上，采用Johnson-Cook本构模型和失效模型，对30CrMnSiNi2A钢的反向Taylor杆撞击进行了数值模拟，并将数值模拟结果与实验得到的杆件自由面速度曲线进行对比验证，两者吻合良好。然后，研究了不同长径比的30CrMnSiNi2A钢杆件对反向Taylor杆撞击实验中任意反射面激光干涉测速技术（velocity interferometer system for any reflector，VISAR）测试结果的影响，得到了适用于VISAR测试的Taylor杆长径比范围。最后，运用应力三轴度及损伤度分析了Taylor杆的断裂破坏机理和变形模式，得到了镦粗、蘑菇状变形、花瓣状开裂3种变形模式，并分析了杆件断裂破坏的原因。结果表明：Taylor杆撞击端中心破坏是由于材料受压引起，而撞击端边缘开裂是由于材料处于拉伸状态造成的，且断裂先从边缘开始。
结合实验与数值模拟，系统地分析了泡沫铝夹芯管在侧向爆炸载荷下的动态响应和能量吸收性能。通过弹道摆锤系统，开展了一系列侧向爆炸实验，分析了结构的几何参数、泡沫铝的相对密度以及炸药质量对泡沫铝夹芯管变形模态和抗爆性能的影响，获得了泡沫铝夹芯管在爆炸载荷作用下的最终变形模态和挠度。基于实验结果，通过数值模拟进一步比较了泡沫铝夹芯管和空心圆管夹芯管的抗爆性能，对空心圆管夹芯管在梯度与非梯度设计下的表现进行了对比分析。结果显示：在相同条件下，空心圆管夹芯管的最终变形均大于泡沫铝夹芯管，但两者之间的差异并不显著。在梯度空心圆管夹芯管结构中，最外层壁厚最大、中间层最薄的梯度配置在提升抗爆性能方面具有最佳的效果。此外，梯度空心圆管夹芯管的抗爆性能明显优于非梯度结构。
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周期叠层梯度材料具有独立可控的波阻抗分布和极少的物相反应，目前已被用于实现准等熵加载。然而，由于制备技术的局限性，目前制备的周期叠层梯度材料的波系作用时间只有纳秒量级，难以获得更高量级的加载时间。为此，系统探究了流延工艺，成功通过流延法与低温致密化相结合技术制备出大尺寸Al-Cu周期叠层梯度材料。通过微观结构表征和动态加载实验验证了其质量和准等熵加载特性。结果表明：材料梯度结构明显，层间平行度高，层界面结合良好，无裂纹缺陷，且无金属间化合物生成；材料致密度达95.8%，整体变形量小于15 μm。Al-Cu周期叠层梯度材料以510.6 m/s的驱动速度加载6 μm的Al靶时，加载波形振荡上升，加载时间接近1 μs。通过对实验材料Al/Cu周期层厚和Cu层波阻抗进行修正，设计模拟结果与实验曲线加载趋势吻合良好，表现出良好的准等熵加载特性。研究结果为周期叠层梯度材料制备技术提供了理论依据和技术支持。
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为研究环向应力对应变型岩爆灾变过程中能量演化的影响，采用新型真三轴岩爆试验系统，进行了不同环向应力作用下单面快速卸荷、三项五面受力、竖向持续加载的岩爆模拟试验，分析了花岗岩试样在不同环向应力下的岩爆破坏形态，结合能量守恒原理，揭示了试样岩爆灾变过程中各能量的演化规律。结果表明：不同环向应力作用下，耗散能与弹性应变能存在明显的能量竞争演化机制；环向应力显著影响岩样的破坏程度和分布范围，环向应力为178.992 MPa的岩样卸荷面所形成的破坏程度最深；在高环向应力作用下，岩样内的弹性应变能在峰值点后释放速度加快，岩爆发展具有短时特征；耗散能转化率与环向应力成正比，弹性应变能转化率与环向应力成反比，从能量绝对值上看，环向应力的增大会显著提升弹性应变能的累积和耗散能的释放；岩样的总能量转化率＞弹性能转化率＞耗散能转化率，且三者与环向应力均呈正相关性，环向应力的增大明显加快总能量、弹性应变能及耗散能的转化速率。
当前，基于塑性变形的冲击波压力测试研究往往忽视了超压峰值与冲量对金属薄板的共同作用，导致构建的模型应用范围受限。针对上述问题，开展了不同厚度和直径的3种典型金属圆板在不同冲击载荷作用下的数值模拟分析，揭示了圆板变形量与超压、冲量、直径及厚度的正负相关性。综合考虑超压与冲量共同作用对薄板变形的影响，使用量纲分析方法建立了“圆板变形挠度-超压/冲量”关系模型。试验数据表明，模型的平均误差为4.84%，满足爆炸场测试精度要求，可用于实际冲击波测试。研究成果可为高能战斗部冲击波毁伤威力测试评估提供测试手段及数据支撑。
利用先前提出的统一框架内平头弹穿透有限金属靶板的理论模型对平头弹撞击下Weldox 460E钢板的穿透问题进行了研究。该模型包含一个无量纲半经验方程，考虑了整体变形吸能随撞击速度的变化。研究进一步讨论了Weldox 460E钢板的能量吸收机理，解释了“平台”现象（即随着板厚的增大，弹道极限的提高很有限），并将Weldox 460E钢板的结果并与先前研究的2024-T351铝板的结果进行了对比。研究结果表明：模型预测的Weldox 460E钢板在平头弹撞击下的整体变形与撞击速度间的关系、弹道极限、残余速度以及破坏模式临界转化条件等均与实验结果吻合得很好；模型也能很好地预测中厚板范围内的“平台”现象。此外，与2024-T351铝板相比，被平头弹贯穿的Weldox 460E钢板的压入吸能在总吸能中占比明显更大，这是两种靶板材料特性的不同导致的。
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本研究通过平板冲击实验与微观表征技术，系统探究了温度对Invar36合金层裂行为的影响。实验利用一级轻气炮加载平台结合高温加热装置，测量了20℃至300℃范围内不同偏析方向样品的自由表面速度剖面及层裂强度变化规律。结果表明，Invar36合金的层裂强度随温度升高呈线性下降，高温显著弱化其动态抗拉性能。微观损伤分析显示，室温下孔洞沿元素偏析带成核并扩展，而高温时损伤集中在晶界处，高温削弱了偏析的约束作用，且热激活位错运动促进材料软化。研究揭示了温度对层裂强度与损伤机制的核心作用，为高温冲击环境下Invar36合金的抗失效设计提供了理论支撑。
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为了研究镍与不锈钢304层状复合板界面的微观结构及形成机理，采用爆炸焊接技术，成功制备了镍/304不锈钢层状复合材料。通过电子显微镜、能谱仪和电子背散射衍射研究复合板的微观组织特征，利用拉伸试验测试复合板的力学性能，运用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对高速斜向冲击焊接过程进行数值模拟。模拟结果再现了波状界面和射流的形成，支持和扩展了实验结果。结合界面密度的变化促进了元素扩散，晶粒弯曲反映了波形成过程中材料的运动特征，再结晶过程受到位错密度的影响，在结合界面形成了细晶粒区域。拉伸试样断裂后结合界面没有分层，金属板的抗拉强度和断裂伸长率分别达到705 MPa和24%。
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金属锡是高压物理研究的热点问题，是国防科技关注的重要材料。锡具有丰富的物相，无论是基础研究，还是工业应用，锡的多相物态方程和相界都至关重要。采用密度泛函理论结合平均场势方法，系统研究了锡的高温高压多相物态方程、相界、弹性模量、声速和Hugoniot线等，不仅获得了高温高压下锡的多相物态方程，而且计算得到的β-γ相界、β-Sn的常压声速与实验结果吻合较好。此外，进一步研究了不同密度泛函对锡的高温高压物态方程的影响。研究结果表明：通过LDA和PBEsol泛函得到的主Hugoniot线及常压弹性模量与实验结果的一致性较好；与其他泛函相比，通过SCAN泛函描述的相界的偏差较大，但描述的β-Sn的常压声速与实验更接近。
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多层夹芯复合结构在抗冲击防护领域具有重要应用，尤其在应对爆炸破片颗粒群冲击中展现出了优越的防护性能。在分析单层材料抗冲击性能及失效机制的基础上，综述了单颗粒和多颗粒冲击下复合结构的动态力学响应特性研究进展。结果表明：金属材料主要存在塑性变形、裂纹扩展及局部热软化等特征，而陶瓷依靠其高硬度和脆性破坏可迅速分散冲击能量；纤维增强复合材料则利用连续纤维网络实现多级能量耗散。针对多层夹芯复合结构，研究发现，颗粒高速冲击靶板会出现局部应力波传播、微裂纹产生和界面分层等现象，结构的抗冲击机理复杂。当前研究主要聚焦于结构在单次冲击下的抗冲击性能，多颗粒冲击下的防护机理仍不明确，且研究手段相对单一。其中，试验研究方法主要采用改装分离式霍普金森压杆（SHPB）装置等方法实现颗粒群高速加载，但二次冲击和速度极限问题仍未得到有效解决。数值仿真方面，SPH-FEM耦合方法是目前颗粒群冲击研究的主流方法，但其中关于模型准确性问题仍然有待进一步研究。
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为解决材料性能优化、保障工程结构安全，需要研究具有复杂结构的水泥水化模型的力学性能。为此，考察了水灰比及各相体积分数对水泥浆体等效力学性能的影响，提出了一种基于数据驱动的模型，用于预测水化水泥结构的力学性能。通过HYMOSTRUC 3D软件生成波特兰硬化水泥浆体三维结构切片，基于Python编写的批处理程序，将切片批量转换为ABAQUS模型。随后通过拉伸仿真模拟得到结构的等效弹性性能和等效强度，运用数据驱动方法建立反向传播预测模型。模型的超参数优化采用K折交叉验证方法，以提高模型的泛化能力。最终，训练得到的神经网络模型能够准确预测水泥水化结构的力学性能，显著降低了传统分析方法在材料微尺度研究中的复杂性。该研究为水泥基材料的性能预测提供了一种高效且可靠的解决方案。
研究表明，NaI在高压环境下展现出与NaCl等其他碱金属卤化物截然不同的相变行为。X射线衍射实验结果显示，NaI在压力下从B1相转变为B33相。然而，由于缺乏传压介质以及NaI样品的高吸水性，因此，实验中获得的相变压力可能存在误差。鉴于此，采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，预测了NaI在20 GPa的压力下由B1相到B33相的结构相变。理论计算验证了之前的实验结果，但计算得到的相变压力略低于实验值。此外，详细阐释了NaI各项物理性质随压力的演变，发现高压下NaI的带隙减小，脆性以及在紫外区的光反射性能增强，为探索极端条件下碱金属卤化物的潜在应用奠定了理论基础。
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为探究混凝土的拉伸断裂特性和裂纹演化规律，开展了巴西圆盘的准静态劈裂试验和落锤冲击动态劈裂试验，结合有限元-黏聚单元耦合法（FCEM），对裂纹扩展过程及力学响应进行了数值模拟分析。试验结果表明：准静态加载时，混凝土圆盘试件发生拉伸断裂，圆盘中心形成一条沿加载方向贯穿的主裂纹和少量与其平行的次裂纹，裂纹主要在砂浆内部及骨料-砂浆界面扩展；三维圆盘试件的拉伸性能随厚径比的增大而增强。在动态冲击载荷作用下，试件仍为中心起裂模式，在圆盘中心形成一条沿加载方向的主裂纹，但其与试验装置接触的边缘会产生三角状的破碎区域。伴随落锤释放高度的增加，试件依次表现出未起裂、起裂未贯穿、起裂贯穿、严重破碎4种破坏形态。通过高速摄影获得了不同时刻的裂纹长度，结果表明，随着落锤释放高度的降低，裂纹扩展时间延长。数值模拟结果显示，试件的起裂时间随落锤释放高度的增加呈非线性递减，并给出了起裂时间与落锤释放高度关系的经验公式。
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氮化硅（Si3N4）陶瓷因其独特的物理和化学特性，被认为是一种兼具高可靠性与经济性的新型结构陶瓷。然而，Si3N4具有强共价键，导致传统烧结难以使其致密化。为此，将高温高压烧结技术（HPHT）与MgO-Y2O3双元烧结助剂（Si3N4、MgO、Y2O3的质量比为94:3:3）相结合，实现了高温高压与液相协同烧结。通过设计双层对比实验组装，确保烧结温度相同，进而系统研究了双元烧结助剂对高压下Si3N4的烧结过程、相变行为、微观形貌和力学性能的影响。结果表明：MgO-Y2O3在烧结过程中形成液相，加速α-Si3N4→β-Si3N4的转变，使Si3N4相变的起始温度从1800 ℃降至1650 ℃；同时，高压促进晶粒重排与烧结，成功制备出高致密的Si3N4陶瓷，其中最优样品的维氏硬度达(24.5 ± 1.88) GPa。研究工作为优化Si3N4陶瓷烧结工艺提供了新的有效策略。
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针对航空航天等领域对高性能材料的迫切需求，探讨了一种新型高熵合金Al0.3NbTi3VZr1.5结合点阵结构的动态压缩行为及吸能特性。为解决传统FCCZ（face centered cubic unit cell with Z-struts，FCCZ）点阵结构在复杂载荷条件下力学性能不足的问题，采用有限元分析方法，对FCCZ点阵结构进行了几何优化设计，并系统研究了其力学响应。结果表明：优化后的BC型和BV型点阵结构显著改善了应力分布，提升了比强度和吸能特性。优化构型中BC2型的比吸能增加了9%，展现出最优的综合性能，而BV1型较原结构的比强度提高了31%。此外，优化设计对孔径和变截面圆角2个参数具有显著的敏感性。研究成果为高熵合金与点阵结构的高效结合提供了理论依据和设计参考，为航空航天、汽车制造等领域中轻量化结构的设计与优化提供指导。
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对不同初始压力下氢氧爆轰波在含阵列障碍物的弯管中的传播行为进行了实验研究，并选用了一个相同配置的直管作为对照组。弯管为一个半圆形的方形截面管，障碍物的形状为长方形，阻塞率为40%。通过压力监测以及烟熏箔记录，结果表明，爆轰波形成后其在障碍物间的传播过程可大致分为5个阶段，即不规则胞格区、无胞格区、细密胞格区、过渡区和正常胞格区。其中，弯管中的爆轰波在越过障碍物发生衍射后并未立刻发生解耦，而是在与底壁发生正向撞击形成不规则胞格后，受稀疏波的作用经历短暂解耦失效，随后在外壁处形成平面过驱爆轰波，并向内壁处逐渐扩展。之后，过驱爆轰逐渐衰减为稳定爆轰。而在直管中，当初始压力降低时，爆轰波在越过障碍物发生衍射后出现了部分解耦，在障碍物后首先形成了一个无胞格区，随后才出现了上述5个过程。此外，在稳定爆轰阶段，弯管中的爆轰胞格宽度从内壁到外壁逐渐降低，并大致呈线性分布。相应初始压力下爆轰数据库中的胞格宽度更接近弯管中内壁处的胞格宽度。直管中的胞格宽度与爆轰数据库中的数据吻合良好。
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基于冷冻-解冻法制备凝胶的原理及其相关研究成果，依托自主设计的动态加载装置，从压力调控的角度出发，系统性地探究了不同加载方式（加载幅度、加载速率、加载频次）对高分子水溶液胶凝过程的影响。结果表明：采用循环加压-卸压法，能够高效、快速地合成一系列具备优异机械强度的水凝胶，其潜在应用涵盖生物医学、环境保护、电子器件等多个领域。循环加压-卸压技术作为一种创新方法不仅极大拓宽了水凝胶的制备策略，还显著提升了水凝胶在软物质科学领域的应用潜力，为该领域的进一步发展提供了新的思路和方向。
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与CoCrNi中熵合金（MEA）相比，CoCrNiSi0.3 MEA在准静态加载下展现出更优异的强韧协同力学行为，这主要归因于适量Si元素的添加降低了合金的层错能，这促使合金在塑性变形中生成厚度更小密度更大的变形孪晶，且发生了FCC到HCP相变。温度和应变率是材料性能的重要影响因素，对理解材料的强度、韧性和可加工性具有重要意义。本文通过霍普金森压杆对CrCoNiSi0.3 MEA进行了室温（20℃）动态压缩实验和高温准静态压缩实验，系统研究了CoCrNiSi0.3 MEA的应变率和温度依赖性的力学行为和变形机理，并基于实验数据建立了修正后的Johnson-Cook本构模型对CoCrNiSi0.3 MEA的力学行为进行了较好的预测。/t/n在动态载荷下，合金的屈服强度随着应变率的增加而增大，平均加工硬化率随着应变率的增加先略有上升，但当应变率达到约5196 /s时，由于剪切带的形成，其平均加工硬化率下降。相比准静态加载，CoCrNiSi0.3 MEA在动态加载下表现出较高的应变率敏感度。在动态压缩5196 /s应变率下，发现了剪切带、高密度的层错、变形孪晶和纳米尺度的HCP相，这些机制综合作用为材料提供了更高的屈服应力。在准静态载荷下，随着温度的升高，合金的屈服应力和加工硬化能力明显下降，当温度达到1000 ℃时，材料呈现理想弹塑性模式，未表现出加工软化现象。特别地，在600 ℃时，合金的屈服强度和流动应力与400 ℃基本保持一致。无论是室温还是600 ℃高温，变形后的样品中观察到由局部变形导致的纳米晶区，且高温下纳米晶区宽度更大，晶粒细化更完全。
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延性金属环在动态加载下的断裂应变分布规律在国防领域具有重要的应用价值，电磁膨胀环装置是常用的实验加载手段。然而，目前，在实验上缺乏有效的原位观测技术，无法获得高精度的断裂应变统计数据。将新研制的密排光子多普勒测速仪阵列应用于电磁膨胀环实验，获得了大量高置信度的断裂应变实验数据。利用硬度测量获得了材料屈服强度的统计分布规律，建立了含概率的本构模型，并进行了大规模计算，得到了大量的断裂应变模拟结果。结合实验与模拟结果，分析了6061铝电磁膨胀环动态断裂应变的应变率效应以及断裂应变韦伯分布假设的合理性。
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单晶铁作为冲击加载下金属材料动态行为研究的典型体系，其相变机制与力学响应特性对于高压相变研究具有重要意义。利用分子动力学模拟，研究了单晶铁沿[110]晶向冲击加载条件下的力学响应行为，考察了3种不同势函数（Ackland、Mishin、优化的MAEAM）在应力传递、位错活动和新相形成过程中的差异，探讨了塑性与相变的耦合机制。结果表明：采用Ackland 势函数预测的BCC-HCP相变压力（14.03 GPa）最接近实验数据，并能较好地描述塑性变形与相变的耦合；Mishin势函数在高应变率下表现出独立的塑性阶段；优化的MAEAM势函数给出较高的BCC-FCC相变压力阈值（49.91 GPa），更符合实验未观测到FCC相的现象。此外，3种势函数作用下均表现出相同的相变机制：从 BCC 压缩到剪切诱导的堆垛层错形成及其重新取向。
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为研究泡沫铝吸能层对混凝土防爆墙抗爆性能的影响，采用LS-DYNA模拟含泡沫铝吸能层复合防爆墙的抗爆动态响应，分析了泡沫铝夹芯板结构参数、泡沫铝相对密度、爆炸载荷强度对其压缩变形规律和抗爆性能的影响。结果表明：复合防爆墙在承受爆炸载荷作用时，主要通过夹芯板前面板局部弯曲变形，芯层塑性压溃变形吸收爆轰波能量；复合防爆墙抗爆性能与芯层厚度呈正相关，与面板厚度呈负相关，但面板过薄时会因强度不足出现局部破裂失效；随着泡沫铝相对密度的增加，防爆墙抗爆性能先显著提升后趋于平缓，当相对密度超过临界阈值后，材料波阻抗梯度降低，致使其防护效能被显著削弱；7.5 kg装药、爆距为50 cm的爆炸加载条件下，取芯层厚度6 cm，面板厚度0.5 cm，泡沫铝相对密度44%时能充分发挥材料的吸能特性，此时芯层压缩比例为73.3%，复合防爆墙的削波系数为77.5%；随着爆炸载荷增强，复合防爆墙的削波系数呈现“强化-平衡-失稳”的变化态势。研究结果可为泡沫铝在抗爆防护中的应用提供参考。
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铂族金属氮化物是一类新型超不可压缩超硬材料，通常借助激光加热金刚石压砧（laser-heated diamond anvil cell，LHDAC）技术，通过单质元素化合反应法（A+B=AB）在高温高压下合成（高于45 GPa、2000 K），探索有效降低合成压力的非常规化学合成方法对于开发和利用铂族金属（platinum-group metals，PGM）氮化物具有重要意义。以Fe2O3/Co2O3、h-BN、Os粉为反应前驱体，在大腔体压机提供的高温高压条件下（15 GPa、1800~2100 K），首次通过新型高压耦联（high-pressure coupling，HPC）反应合成了OsNx（x=0.16~0.38）。HPC反应合成出的金属块状产物一般为OsNx与铁基氮化物复合的块体合金，利用微区X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对块状合金产物进行物相和结构表征，结果显示，HPC反应可以在远低于高压单质元素化合反应所需50 GPa压力阈值的条件下合成具有理论预测的六方OsN2结构的OsNx（空间群为P63/mmc），N原子在Os晶体内部分占据晶格的间隙位。研究表明，HPC反应能够有效降低金属Os氮化的能量势垒，形成非化学计量比的OsNx化合物，为在低压条件下制备铂族金属氮化物块体材料开辟了一条新的合成途径。
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过渡金属碳化物因其自身的强共价键和金属特性，具有高硬度、高熔点、高电导率、耐腐蚀等优异的综合性能, 在航空航天、切削加工等极端环境具有广阔的应用前景。目前，由于过渡金属碳化物的强共价键和低扩散系数，其烧结制备所需的温度极高，制备高致密度且性能优异的块体陶瓷具有挑战性。高温高压烧结方法可以有效地降低烧结温度，缩短烧结时间，抑制晶粒生长，提高致密化程度，并且保持物相纯净等优点。从高温高压合成的角度，综述了数种典型过渡金属碳化物（ⅣB~ⅥB族）的制备、力学性能、微观机制的研究进展，总结并展望了过渡金属碳化物陶瓷的未来前景和发展方向。
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为了探究金属氧化物种类对铝热剂燃烧特性的影响，选取了Bi2O3、Fe2O3、MnO2、CuO和MoO3 5种金属氧化物，采用液相混合制备了二元铝热剂，对5种铝热剂的反应热值、自蔓延燃烧特性、反应压力与点火延迟时间等燃烧特性进行了系统研究。结果表明：金属氧化物种类对铝热剂的燃烧特性有显著影响；Al-MoO3具有最高的反应热值（氩气中4.10 kJ/g）、火焰蔓延速率（18.77 m/s）、火焰温度，以及最短的点火延迟时间（1.15 s）；Al-Bi2O3表现出最高的压力峰值和升压速率，压力峰值分别为Al-CuO、Al-MnO2、Al-Fe2O3、Al-MoO3的1.9倍、3.5倍、14.6倍、24.3倍。通过选择合适的金属氧化剂，可以实现铝热剂燃烧特性调控，为其在军事和工业领域应用提供基础。
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通过缠绕的方式可以增加绳索界面的接触摩擦系数，进而提升其应用的安全性与稳定性，然而，当前关于高弹性模量与低弹性模量纤维缠绕的粘滑特性及动摩擦力学行为的研究尚不充足，特别是其与速度相关的粘-滑转换机制尚欠缺。本文基于此设计了纤维缠绕的界面粘滑实验，研究了弹性模量较高的碳纤维以及弹性模量较低的聚合物纤维在不同加载条件下的界面摩擦力学性能，探讨了不同加载速度以及界面润滑条件对两种纤维滑移时的影响规律。研究结果表明界面间的滑动状态主要由材料的弹性模量以及界面间滑移速度共同决定，低弹性模量材料相较于高弹性模量材料更容易脱离粘滑状态进入纯滑动状态，润滑状态下的界面摩擦系数在不同滑移速度下的差异更加明显，理论结果表明初始阶段纤维缠绕的界面摩擦系数分布并不均匀，而是与缠绕角度呈反比的关系，且相比之下模量较高的材料的界面滑移状态同步性更强。该研究可为纤维缠绕的界面摩擦与安全使用提供理论和技术支撑。
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水镁石（Brucite）是俯冲带水饱和橄榄岩的重要组成矿物之一，其体积分数可高达15%。研究水镁石在高压下的弹性波速对于理解俯冲带含水橄榄岩的物质组成、速度结构以及水在深部的循环具有重要意义。以Mg(OH)2试剂为初始材料，在4 GPa、523 K的条件下热压2 h，合成了致密的多晶水镁石。在高达14 GPa的压力下，采用超声干涉法测量了水镁石的弹性波速和模量。研究发现，水镁石的弹性波速和模量随压力的增加而增大。结合地震学层析成像结果和矿物组合模型，利用Voigt-Reuss-Hill（VRH）模型，约束了日本东北俯冲带低速异常区的水含量。结果表明，俯冲板片上方地幔楔在20~40 km深度处的低速异常区水的质量分数为3%~10%，俯冲板片内部60~80 km深度处的低速异常区水的质量分数为1%~3%。
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为了提高现场混装乳化炸药的爆炸性能，将氮元素含量丰富的氮化硅引入炸药，通过空中爆炸、爆速和铅柱压缩实验，测定了氮化硅含量对现场混装乳化炸药空中冲击波参数、爆速和猛度的影响。实验结果表明，随着氮化硅含量从0%提升至1.2%：炸药的密度由1.02 g/cm3提升至1.11 g/cm3；空中冲击波压力峰值由0.1156 MPa提升至0.2977 MPa再下降到0.2408 MPa，最大峰值为最小值的1.57倍；比冲量由9.22 Pa•s提升至23.00 Pa•s再下降到19.59 Pa•s，最大比冲量为最小值的1.49倍；爆速则呈现先下降（3265.66 m/s）后上升到（4830.60 m/s）再下降（4541.51 m/s）的变化趋势，最大爆速为最小值的1.47倍；猛度由13.86 mm提升至19.40 mm再缩减到17.18 mm，最大猛度为最小值的1.40倍。实验结果显示，氮化硅能够提高现场混装乳化炸药的爆炸性能，对现场混装乳化炸药配方优化设计具有一定的参考意义。
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为提升现有类混凝土材料的动态性能，在超材料混凝土基质中加入橡胶骨料形成新型抗冲击材料，并对其细观力学模型在冲击荷载作用下的动态响应进行数值模拟。对试件内各组分含量、级配、分布情况及适用材料模型进行系统标定和验证，进而分析了橡胶超材料混凝土在冲击荷载下的衰波能力及各组分相互作用规律。充分探讨了橡胶骨料在高幅值荷载下对橡胶超材料混凝土破坏模式、损伤区域和损伤程度的影响，并对橡胶含量及粒径进行参数分析。数值结果表明：橡胶骨料的加入不仅使混凝土的损伤区域呈现“分散”特征，还能够有效减缓试件损伤程度；橡胶骨料可提升试件韧性，抑制损伤程度的加剧；高橡胶含量对试件强度造成负面影响，形成损伤抑制与损伤加剧之间的矛盾，为确保二者平衡，建议橡胶骨料占骨料总体积的15%~30%。以上结果说明，在超材料混凝土内加入橡胶骨料能够有效提升试件动态性能，为未来抗冲击材料的设计和工程应用提供参考依据。
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采用准静态单轴压缩实验、循环压缩实验和有限元数值模拟，对不同角度、间距和连接方式的多层嵌套内凹六边形单胞结构及其串联结构的变形行为和吸能特性进行分析。结果表明，多层嵌套结构多发生剪切变形，应力小且多集中在斜杆连接处；角度更大、间距更小的交替方式连接的单胞结构拥有更长的平台期；负泊松比单胞结构的角度为65°的试件吸能更好，且同向连接以及间距增大有助于吸能的提升；角度和间距对串联结构平台期的影响与单胞结构相同，连接方式的影响则相反；角度和间距的增大、连接方式的改变与吸能成正反馈；在循环压缩实验下，试件更易发生分层破坏和塑性断裂，多出现在二次循环后，并伴随着应力软化和能量耗散行为，其效果随着循环次数的增加而加重。
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爆破开挖是提升运河航道扩挖效率的重要施工方法，但其引起的爆破振动效应可能对既有水道的桥梁下部结构产生不利影响。为阐明桥梁下部结构在爆破开挖振动作用下的动力响应特性，依托平陆运河航道扩挖爆破工程，结合经现场测试验证的有限元数值模拟方法，分析了爆破影响下邻近桥梁下部结构的应力和振速分布特征，基于最大拉应力准则，提出了桥梁下部结构的安全振速阈值。结果表明：在运河爆破开挖振动作用下，桥梁桩基与承台交接处产生最大拉应力；下部结构振动较大的部位主要位于桩基；以承台为监测点的桥梁下部结构的安全允许振速为3.2 cm/s。
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剪切增稠液（Shear Thickening Fluid, STF）浸渍凯夫拉（Kevlar）织物是一种新型复合材料，与纯Kevlar织物相比，具有更好的抗冲击性能，研究其动态本构模型具有重要的理论意义和应用价值。首先，通过引入动态增强因子（应变率效应）和残余强度因子，结合STF的流变特性与纱线拔出实验结果，发展了STF浸渍Kevlar织物的连续介质损伤力学本构模型；然后，利用提出的本构模型，开展了不同冲击速度下STF浸渍Kevlar织物侵彻的数值模拟；最后，将模拟结果与文献中的相关实验结果进行对比分析。结果表明：所建立的本构模型能够预测STF浸渍Kevlar织物在冲击载荷作用下的力学响应和破坏形貌，并且能够描述STF浸渍后Kevlar织物抗冲击性能的增强效应。
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为解决机器学习岩爆预测中存在离群样本、样本不均衡、麻雀搜索算法易陷入局部最优等问题，从数据预处理和算法改进两个角度建立岩爆预测模型。首先，基于岩性条件、应力条件，选取围岩最大切向应力、抗压强度、抗拉强度和弹性能量指数作为特征指标，采用3种机器学习算法，结合5折交叉验证方法，构建预测模型。在数据预处理阶段，收集174组国内外岩爆案例建立数据库，针对离群样本，引入局部异常因子（LOF）算法，根据岩爆等级逐级检测并剔除离群样本；针对样本不均衡，引入自适应过采样方法（ADASYN）增加少数类样本数目。采用3种混合策略改进麻雀搜索算法，利用改进麻雀搜索算法（ISSA），对极限梯度提升树（XGBoost）、随机森林（RF）、多层感知机（MLP）3种机器学习算法参数寻优，分析准确率、精确率等多个评价指标，对模型有效性验证。结果表明：对于新构建的最优模型ISSA-XGBoost准确率达到了94.12%，具有较高的预测准确率，此外，对4种特征指标进行特征重要性分析，确定了围岩最大切向应力是最重要特征。
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为解决Invar合金在实际应用中硬度低，使用寿命有限的问题，采用双辉等离子表面合金化技术(DGPSA)在Invar合金表面制备了Mo及CoCrFeNiMn硬质涂层，使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)研究了两种涂层的相结构、微观结构及元素分布。采用纳米压痕法研究了加载应变率对于两种硬质涂层表面硬度、弹性模量和蠕变性能的影响。制备Mo涂层厚度约为8.3μm，涂层内部致密均匀,涂层具有体心立方结构(BCC)；制备的CoCrFeNiMn涂层约为10μm，涂层内部存在少量孔隙，涂层具有面心立方结构(FCC)。纳米压痕实验测得Mo涂层和CoCrFeNiMn涂层的硬度分别为15.49GPa和8.18GPa，弹性模量分别为278.7GPa和227.12GPa，两种硬质涂层均显著提高了Invar合金的表面硬度、弹性模量且两种涂层均具有足够的韧性。两种涂层硬度均随应变率的增大而增大，展现出明显的应变率效应，弹性模量基本保持稳定。同时，两种涂层的蠕变行为会受到加载应变率的影响，两种涂层的纳米压痕蠕变行为主要表现为位错运动，Mo涂层的改性效果要优于CoCrFeNiMn涂层。
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RHT本构模型(Riedel-Hiermaier-Thoma model)被广泛地应用于爆炸冲击、侵彻等问题的数值模拟和分析中，而模拟结果的准确性很大程度取决于所采用的本构模型和模型中的参数取值。为完成不同岩石RHT模型中参数B、gt*、e0c、e0t、ec、et的敏感性分析及参数确定，利用LS-DYNA开展单一因素变化下的弹体侵彻靶体及SHPB冲击试验进行模拟试验，分析其取值变化对模拟结果的影响，进而通过正交试验对参数交互效应分析并进行确定。研究结果表明：不同工况条件下，参数B、gt*、e0c、e0t、ec、et敏感性排序存在差异，并确定了上述参数对SHPB冲击曲线弹性阶段、线性强化阶段及损伤软化阶段的影响；进一步利用SHPB冲击正交模拟试验验证上述参数间无显著交互作用，单因素敏感性分析结果有效，并量化分析得到花岗岩、红砂岩及大理岩RHT模型中上述参数的最优取值结果。研究结果可为岩石类RHT模型参数敏感性分析及确定提供参考。
针对实际应用中激波与物质近表面杂质及孔洞等相互作用中的界面邻近效应，通过数值模拟开展了下游平面重-轻界面对激波诱导重气柱演化影响的简化机理研究。结果表明，激波冲击气柱形成的衍射和透射波系依次冲击下游界面，在气柱与下游界面之间形成来回反射的波系结构，这些波系不仅影响气柱的界面演化，而且在下游界面诱导产生射流。在不同的界面间距条件下，气柱外部衍射波系在下游界面的反射波系不同，这些反射波系及气柱内部聚焦波系冲击气柱右极点的先后顺序也存在差异。当界面间距较小时，气柱射流可以穿透气柱与下游界面之间的间隙流体，并与下游界面射流耦合，显著促进气柱射流的演化。随着界面间距的增大，射流耦合现象逐渐减弱，重气柱演化涡对抑制了气柱射流的发展。当界面间距进一步增大时，气柱射流又会因下游界面反射稀疏波系的拉伸作用而被促进。此外，在不同的界面间距条件下，下游界面的存在均对气柱界面宽度、高度的发展及环量沉积起到促进作用。
C3N4在超硬材料合成和光催化等领域具有广泛的应用，然而，其在高温高压下的相变和物理行为尚未完全清楚，研究其热化学状态方程十分必要。利用分解相边界及常温压缩线数据，提出了一种定量研究C3N4热化学状态方程的高精度、低成本的新方法。对C3N4的石墨相和正交相建立了三项式热化学状态方程，由此计算的诸多物理量与第一性原理计算结果及实验结果吻合良好，证明了热化学状态方程的可靠性。利用C3N4热化学状态方程，对特定温度压力下C3N4的争议相进行了初步判断。此外，将C3N4热化学状态方程加入新型富氮炸药5,5′-联四唑-1,1′-二氧二羟铵（TKX-50）的爆轰参数计算中，显著降低了TKX-50爆轰参数计算值与实验值之间的误差，为新型炸药爆轰机理研究提供了新的参考方向。
为研究某2，4-二硝基苯甲醚（2，4-dinitroanisole，DNAN）基熔铸炸药的动态力学行为和点火特性，基于万能材料试验机和分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）分别开展准静态/动态压缩试验和被动围压试验，并开展落锤冲击点火试验，结合扫描电镜和工业计算机断层扫描观察加载前、后试样的形貌特征，获得了不同加载条件下DNAN基熔铸炸药的应力-应变曲线、点火阈值和损伤特征，揭示了炸药在不同条件下的动态力学行为、点火特性和损伤机制。结果表明：DNAN基熔铸炸药的动态力学行为具有应变率相关性，相较于典型压装炸药，脆性特征更明显，在单轴压缩状态下强度更低，多轴压缩状态下峰值应力接近；孔洞为该炸药的主要初始损伤形式，压缩加载下孔洞被填充压实，主要损伤机制为穿晶断裂、界面脱粘，压剪耦合加载下装药内发生剪切流动，颗粒重新排布，随着加载强度的增大，主要损伤机制由沿晶断裂转向穿晶断裂；落锤冲击点火试验中DNAN基熔铸炸药对压缩加载更敏感，压缩和压剪加载下的最大未反应落高和峰值应力分别为500 mm、556 MPa和600 mm、622 MPa，主要点火机制可能是由孔洞损伤受压缩引起的气泡绝热压缩或孔洞冲击塌缩生热。
针对纤维增强复合材料层合板结构设计和抗侵彻数值仿真需要大量材料参数和动态试验数据的问题，以碳纤维增强复合材料层合板为研究对象，采用多尺度模拟方法，实现了纤维丝-纤维束-层合板的微观-介观-宏观力学性能和抗侵彻能力的全流程数值仿真预测。首先，建立微观代表性体积单元（representative volume elements，RVE），基于最大应力准则，预测出纤维束的力学性能；然后，根据编织结构的空间特征建立介观RVE模型，采用Hashin和Hou的失效准则，预测出宏观等效力学性能；最后，根据已发表的试验数据，建立了宏观弹道侵彻数值模型，提出了一种考虑材料应变率效应的改进Hashin失效准则，进而研究了弹道侵彻作用下纤维增强复合材料层合板的剩余速度和损伤特征。结果表明：试验与仿真得到的剩余速度的相对误差在5%以内，宏观数值模型准确捕捉到了纤维断裂、层间分层等损伤模式，验证了多尺度模拟方法的合理性和准确性；拟合得到了弹道极限速度随板厚变化的关系式，两者呈线性关系，且相关系数达0.97以上。研究结果有助于实现纤维增强复合材料层合板抗侵彻的低成本、短周期结构设计，对纤维增强复合材料层合板的正向性能预测和逆向结构设计均具有重要的科学和工程应用价值。
岩体在外部荷载冲击作用下会产生不同频率的信号。首先，通过自制探头的光纤监测系统监测现场岩体受到瞬时冲击荷载前后的应力波信号，并采用鲁棒性局部均值分解（robust local mean decomposition，RLMD）方法，结合快速傅里叶变换对实验得到的监测信号进行时频分析；然后，通过LS-DYNA软件模拟冲击荷载施加于岩体并产生应力波的过程，并将模拟应力波频率与实验监测应力波频率进行对比；最后，分析了弹性模量和密度发生改变时模拟应力波频率的变化。结果表明：在现场施加冲击荷载后，现场监测所得信号经过频谱分解会出现频率为
为得到接触爆炸下聚脲（polyisocyanate-oxazodone，POZD）涂覆钢筋混凝土梁的抗爆性能，对同一尺寸的钢筋混凝土梁开展了数值模拟研究。采用HyperMesh和LS-DYNA软件建立POZD涂覆钢筋混凝土梁模型，开展了接触爆炸下POZD涂覆钢筋混凝土梁的破坏模式和毁伤效应分析。对普通钢筋混凝土梁在接触爆炸下的破坏模式进行了模拟验证试验，研究了钢筋混凝土梁结构在不同POZD涂层位置和不同装药量条件下的破坏模式和毁伤情况，并对不同POZD涂覆位置的防护效果进行了评估，最后，将接触爆炸下POZD涂覆钢筋混凝土梁划分为3个局部毁伤等级。
气体燃爆灾害特性是国内外研究的热点和重点，研究复杂约束条件下的燃爆特性极具意义。针对刚性障碍物和柔性障碍物，通过实验探究了长直形管道中双重异性障碍物下掺氢甲烷气体的燃爆过程。结果表明：较无障碍物环境，双重障碍物对火焰速度、爆炸压力以及爆炸强度指数的影响表现为随柔性障碍物阻塞率的提高和掺氢的置入而提升，并且爆炸压力和爆炸强度指数的增幅高于火焰速度的增幅。在掺氢和双重障碍物的共同作用下，火焰接触速度增幅可达176.51%，最大速度增幅达316.40%。双重障碍物导致上游区域出现压力先升后降现象，下游区域的压力振荡明显；掺氢后，与无障碍环境相比，管内最大爆炸压力增幅可达
在露井联采过程中，为了控制露天台阶爆破振动对井下邻近既有巷道衬砌的破坏，以拉拉铜矿露天转井下过渡开采阶段为背景，采用现场振动监测、理论计算、数值模拟方法，研究既有邻近巷道的动力响应规律。通过对监测数据进行回归分析，得出井下振动衰减规律，并对振动主频及瞬时能量进行了分析。采用LS-DYNA数值模拟软件，对露天台阶和井下巷道建立6种不同相对空间位置的模型，进而建立双孔延期爆炸模型，研究了爆破荷载作用下邻近井下既有巷道的动态响应规律。结果表明：露天台阶爆破过程中，爆源下方邻近既有巷道产生的最大振速主要出现在拱部和迎爆侧的边墙部；巷道与爆源的相对空间位置不同，峰值振速所在的方向和位置也不同；在巷道拱顶与炮孔底部竖直方向距离固定为10 m的情况下，巷道边墙与炮孔水平距离在15 m以内时，炸药起爆后巷道结构竖直方向振速较大，超过15 m后，巷道结构水平径向振速较大。通过拟合应力与振速之间的关系，利用巷道极限动态抗拉强度推导出振速阈值为19 cm/s。基于安全阈值调整爆破参数后，可以保证邻近既有巷道的安全。
为实现准确高效的岩爆烈度预测，做好地下工程灾害防治，提出了一种基于黑翅鸢优化算法-卷积神经网络-支持向量机（BKA-CNN-SVM）的岩爆烈度预测模型。首先，根据岩爆烈度的影响因素，确立6个主要岩爆预测指标，搜集国内外284组岩爆案例，建立岩爆数据库；然后，引入拉依达准则与1.5倍四分位差对数据进行异常值剔除及替换；接着，采用核主成分分析，对数据进行降维及特征提取，并将所提取的特征作为模型输入；最后，通过引入混淆矩阵，结合准确率、精确率、F1值、召回率对模型性能进行评估，并与卷积神经网络（CNN）模型、极限学习机（ELM）模型、卷积神经网络与支持向量机（CNN-SVM）集成模型的性能进行对比。结果表明：BKA-CNN-SVM模型的准确率、精确率、F1值、召回率分别达到95.35%、0.89、0.92、0.94，在预测精度和泛化程度上均明显优于其他模型。采用该模型预测锦屏二级水电站岩爆烈度，结果显示，预测结果与现场情况有较高的一致性。研究结果可为岩爆等级预测提供新方法。
