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为探究裂纹及其间隙对2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）基含铝炸药机械热点形成后反应传播特性的影响规律，制备了含不同初始裂纹的炸药药柱，采用基于发射药燃烧加载方式的炸药点火试验装置，模拟了炸药的反应传播过程，获取了加载过程和炸药反应过程的压力变化曲线以及试验后的炸药形貌特征，结合数值仿真，分析了不同预制裂纹的炸药药柱在相同药量发射药燃烧加载下的应力场分布特征。结果表明：无裂纹或无间隙“一”字裂纹工况下，药柱残骸完整，加载压力峰后迅速下降，未发生反应，热点区域位于底部；含1 mm间隙裂纹工况下，药柱发生断裂并出现局部低速反应，压力衰减过程缓慢。其中“一”字裂纹的热点区域转移至侧表面，而“十”字裂纹形成侧表面与底部的双重热点区域，反应程度进一步提升。这表明预制裂纹通过改变应力分布和扩展热点区域，进而显著影响炸药的反应进程。
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利用分子动力学模拟研究了单个铝纳米球（单重态）与初始呈I型构型的两个铝纳米球聚集体（双重态）碰撞的动力学过程。根据初始撞击速度的不同，纳米球体会发生四种碰撞结果：反弹、粘附、聚集和熔融。当撞击速度极低时，纳米球体间的排斥力会使它们无接触反弹，且反弹临界速度会随着纳米球体直径的增大而降低。随着撞击速度增加，纳米球体因相互粘附形成新键而发生烧结。通过共邻分析、位错分析和均方位移等方法，我们定量表征了单重态-双重态碰撞过程中的相变与原子扩散现象，从而揭示了烧结机制的本质。通过监测不同直径单重态的温度变化，最终确定了单重态熔融的临界撞击速度。
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水广泛存在于地球、海洋行星、冰巨行星以及星际空间中，其在广泛热力学区间内的物态物性，是生化反应、环境气候以及行星结构等众多问题的核心。尽管极端压力下的液态水表现出丰富的反常行为，但其相关研究长期受限于实验测量技术的瓶颈与理论计算的复杂性，可用的原子尺度数据极为匮乏，限制了对其微观机制的深入理解。基于高精度第一性原理数据所构建的深度学习相互作用模型，利用分子动力学模拟将液态水沿着等熵线压缩至数万倍的大气压强，计算和分析了其在不同压强下的结构和动力学性质。结果表明，高压下液态水中固有的四面体局域配位环境被打破，使得水分子的旋转运动能力随着压强增加而显著提高。与此相反，在更加凝聚的高压环境下，水分子的平移运动能力受到强烈限制，并且高压下水分子的均方位移呈现出类似玻璃态的三段式行为，即弹道输运区、平台区以及扩散区。宏观上，这种平移运动能力的下降表现为剪切黏度的大幅提高。尤为关键的是，与环境压力下过冷水平移-旋转运动高度耦合的特性不同，动态高压下的液态水展现出本征的平移和旋转运动解耦现象。研究结果有望为材料在动态载荷下的响应、亚稳液体的凝固等重要科学问题的研究提供有意义的微观见解。
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爆炸近场是弹药爆炸毁伤的核心区域，涉及强冲击波与爆轰产物的耦合载荷作用。目前，扩胀管结构（expansion tube structure, ETS）在此类极端载荷下的力学响应及能量转化机制尚不明确。为此，将ETS作为典型吸能结构，研究其在近场强冲击波与爆轰产物耦合作用下的能量转化机制。在实验验证的基础上，通过数值模拟方法研究近场爆炸载荷特性及ETS的动态响应特性；进一步建立了近场爆炸载荷的理论预测公式，并在强冲击假设的基础上构建了能量转化效率的理论预测模型。结果表明：能量转化效率随着比例距离增加而显著下降，当比例距离超过0.8 m/kg1/3时，效率低于10%；能量转化效率与反射波比冲量呈显著正相关，说明比冲量是决定能量传递的关键因素。研究结果揭示了ETS在近场爆炸载荷作用下能量转化的内在机制，所建立的理论模型为近场防护结构的设计与性能评估提供了有力的理论支撑。
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二维金刚石作为一种新型的原子级超薄碳基材料，不仅继承了块体金刚石的优异性能，又有望展现出因量子尺度效应带来的独特物性。当前，二维金刚石研究仍处于以理论探索为主的起步阶段，实验研究则集中于其可控制备与结构验证。受表界面效应及尺寸效应的多重影响，传统高压合成方法难以在纳米碳材料中直接实现由石墨烯中sp2向sp3杂化的高效稳定转化，这为二维金刚石研究带来了诸多亟待解决的关键科学问题。本文系统总结了近年来二维金刚石在结构特征、合成策略及物理化学性质等方面的理论与实验研究进展，并对二维金刚石未来的发展方向与潜在的应用场景进行了展望。
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地球内核密度较纯铁更低，表明存在轻元素。碳、氢、氧、硫、硅被认为是最有可能存在于内核的轻元素。黏度是控制地球内核动力学和演化历史的关键物理量，对于地球内核波速各向异性的成因有着重要的影响。前人已对内核条件下纯铁的六方密堆积相（hexagonal close-packed, HCP）和体心立方相（body-centered cubic，BCC）的黏度进行了模拟计算。然而，地球内核中的轻元素对地球内核黏度的影响仍然缺乏系统性研究。为此，构建了内核条件下铁-硫合金的神经网络势函数，利用该方法实现了对铁-硫体系的大规模分子动力学模拟，研究了低至0.01%空位浓度对该合金离子输运性质的影响。利用晶格中铁的自扩散系数，研究了内核铁-硫合金的蠕变机制和黏度，将地球内核条件下铁-硫合金的黏度限定为1×1014-2×1016 Pa·s，与自由核章动与地震波观测的结果一致。
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聚偏二氟乙烯（PVDF）是一种多用途的半结晶聚合物，具有优异的压电、热释电和介电性能，广泛应用于传感器、能源设备和生物医学等领域。其性能受结晶度和多晶结构（α，β，γ，δ，ε）的影响，其中极性 β相比非极性α 相具有更好的机电性能。然而，α相仍然是热力学最稳定和最容易获得的形式。利用原位X射线衍射和傅里叶红外光谱技术研究了 PVDF 在高压下的结构演变。在常压条件下，PVDF粉体主要以α相存在，并伴有少量β相。随着压力升高（0–20 GPa），α相逐渐减少，新的衍射峰和振动带位移表明发生了α → β和 β → γ的相变过程，β相含量显著增加，γ相亦随之生成。当压力进一步升高至20 GPa以上，晶格发生严重畸变，晶体长程有序结构被破坏，导致衍射峰展宽并最终非晶化。本研究揭示了压力诱导下 PVDF 分子链重排与多晶型转化之间的复杂相互作用，阐明了其高压相变路径与结构演化规律。研究结果不仅深化了对 PVDF 结构–性能关系的理解，也为其在极端环境下的性能调控与高压技术应用提供了理论依据。
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采用第一性原理方法系统地研究了UH5在30 GPa内的热力学、力学、动力学稳定性以及电子性质。研究发现，实验合成的正交、六角、立方相均为磁性材料，自旋极化率分别达到82%、100%、100%，热力学稳定性依次降低。弹性与声子模拟表明，3个相均具备力学与动力学稳定性，化学键分析表明这主要源于晶格中普遍存在共价性较强的U-H相互作用。此外，预测了实验上截留至1 GPa的正交相在1200 K转变为H离子在U亚晶格间隙中快速扩散的超离子态，扩散系数达到1.2×10-4 cm2/s。
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为了研究鱼雷制导头段结构对水下聚能战斗部毁伤威力的影响，采用AUTODYN有限元分析软件，对聚能侵彻体受不同模拟头段结构影响下的毁伤性能进行了数值仿真，分析了不同模拟头段结构下冲击波绕射、靶后载荷传播和毁伤靶板的全过程。研究表明：侵彻体头部速度和后效靶扩孔半径随模拟头段总长度和模拟头段层数增大而整体呈上升趋势；在一定范围内，增加模拟头段层数可以有效地优化爆炸成型弹丸（explosively formed projectile，EFP）的成型形态，从而提升其后续侵彻能力；在不同模拟头段总长度条件下，存在一个最佳总长度使侵彻体保持较高头部速度的同时不发生颈缩断裂。
阅读全文静高压实验中精确的压力测量依赖于标准材料的物态方程，而物态方程参数的不确定度会显著影响压力预测的准确性。以氧化镁（MgO，B1相）和铼（Re，密排六方相）为研究对象，采用贝叶斯统计方法与马尔可夫链蒙特卡罗模拟技术，系统量化了其在金刚石对顶砧实验中的压力预测不确定度。通过均匀分布先验和正态似然函数构建贝叶斯框架，整合了多组实验数据进行参数校准。结果表明，贝叶斯统计方法成功量化了物态方程参数的后验分布，并揭示了参数间的强相关性，如MgO的Grüneisen参数与初始体积呈负相关，Re的体模量与Grüneisen参数呈正相关。MgO和Re的压力预测不确定度随着压力升高而显著增大；Re的压力预测不确定度随温度升高而显著增大，MgO则没有明显规律。研究结果为提升高压实验压力测量精度提供了具有不确定度的压标，可为提升材料科学和地球物理研究中的实验数据可靠性提供重要参考。
金属锡是高压物理领域研究的热点，也是国防科技领域关注的重要材料。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，获得了高温高压下锡的多相物态方程，计算得到的
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为提升硬X射线探测效率，优化了微通道板对硬X射线响应效率的影响模型，在模型中考虑了微通道板所有材料参数以及结构参数的影响，并进一步考虑了微通道板基底材料原子壳层间相互串扰的影响。在此模型的基础上，分析了微通道板的基底材质、通道直径、通道间壁厚、通道板厚度等参数对其探测效率的影响。基于现有技术条件，给出了微通道板各参数的最佳优化值及相应的探测效率，结果表明，其对50~200 keV能段的硬X射线的探测效率可以达到45%以上。
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为研究氮化硼（BN）含量对现场混装乳化炸药爆炸性能的影响，通过透射电镜（TEM）和光学显微镜进行微观表征；采用铁板实验测试热感度；运用空中爆炸测试、探针法和铅柱压缩法，分别测定含BN现场混装乳化炸药的冲击波参数、爆速及猛度，结合理论计算，系统研究BN含量对炸药微观结构、热感度和爆炸性能的影响。测试结果表明，BN的加入未显著影响内相液滴的稳定性。在240 ℃下的炸药样品的爆发延滞期从114.28 s（空白样品）延长至173.95 s（1.2% h-BN）。随着BN的质量分数从0%增至1.6%，爆速、猛度及峰值超压均呈现先增后减的变化趋势：爆速由3850.45 m/s增至4724.89 m/s后降至3903.20 m/s，最大增幅为22.71%；猛度由13.86 mm增至19.87 mm后降至17.18 mm，最大增幅为43.36%；峰值超压由136.44 kPa增至318.33 kPa后降至285.41 kPa，最大增幅为133.31%；比冲量由9.23 Pa•s增至33.98 Pa•s后降至31.99 Pa•s，最大增幅为268.15%。研究表明，引入适量BN可显著提升现场混装乳化炸药的爆炸性能。
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为了保证铜矿资源的高效回采，以含铜钠长岩试样为研究对象，使用分离式霍普金森压杆（SHPB）施加不同强度的冲击荷载，利用高速摄像系统记录裂纹扩展过程，并结合一维应力波传播理论和能量守恒定律，分析试样在不同冲击气压下的能量耗散规律；同时，基于有限-离散元（FDEM）耦合算法，建立含铜钠长岩冲击过程的数值模型。结果表明：入射能和应力峰值随着冲击气压的增大而增大，试样破碎程度也随之加剧；当入射能小于140 J时，随入射能的增加，能量耗散率逐渐增大；当入射能大于140 J时，能量耗散率随入射能的增加逐渐减小，能量耗散率在冲击气压为0.35 MPa时最大；在冲击过程中，拉伸破坏占主导作用，并在水平方向形成主优势区。新增裂纹面积和冲击总能量随着冲击荷载的增加而增大，冲击气压为0.30 MPa时，应变能比能量最小，在此气压下，剪切裂纹占比最小，说明0.30 MPa的冲击气压的破岩效率最高；基于FDEM构建的数值模型可以有效地预测在不同冲击荷载下含铜钠长岩的损伤破裂过程。
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为提高国内现役38 mm防暴枪用非致命动能弹的安全性，采用有限元-离散元法，对填充铅砂的38 mm球形动能弹丸冲击人体仿生靶标过程进行了数值模拟，利用刚性壁实验进行了建模方法和参数选取的间接验证，获得了弹丸冲击仿生靶标过程的形变过程、动能、速度、位移、能量传递率等变化数据。在此基础上，对不同弹体速度和壁厚进行了对比分析，提出了安全射击建议。结果表明：弹丸冲击仿生靶标时产生较大形变，弹丸形变至圆饼状，靶标产生圆形凹陷，两者形变均可在一定程度恢复；弹丸致伤威力随着速度的增加而增加，随着壁厚的增加而减小；当弹丸壁厚为5、7、9 mm时不造成腹部皮肤穿透损伤的最小射击安全距离分别122.40、64.62、31.26 m。
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巷道掘进中钻爆法的掏槽爆破效果直接影响爆破循环效率，而现有研究多忽略岩体内部节理等细观缺陷的影响。基于PFC 2D离散元方法，引入离散裂隙网络（DFN），构建了含不同密度节理的岩体模型，采用粒子膨胀法模拟掏槽爆破过程，系统分析了DFN对裂纹扩展、能量耗散及爆后块度的影响。在此基础上，优化炮孔布置方案，将原6孔布置简化为4孔菱形布置，并采用15 ms微差起爆，提高了炸药能量利用率，爆后效果与原方案相近。现场试验表明，优化方案有效节省了实际生产成本，减少了钻孔工作量。研究结果强调了考虑岩体节理缺陷对爆破参数优化的重要性，为岩巷高效掘进提供了理论依据和实践参考。
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为提高含能材料爆炸能量的输出总量和功率，本研究通过金属丝电爆炸产生的等离子体驱动含能材料环四亚甲基四硝胺（HMX）起爆，实现电能与化学能的耦合释放。通过搭建的电-化耦合爆炸实验系统，在常温常压空气中测量了爆炸过程的电压、电流曲线，将电-化耦合爆炸划分为了四个典型阶段：金属丝相变、电流暂停、等离子体放电和振荡放电。研究表明不同材质金属的主要能量沉积发生在不同阶段：镍和铜等凭借中等沸点与高电阻温度系数在金属丝相变和电流暂停阶段实现了高效的相变能量沉积；在等离子体放电阶段，铝因氧化层破裂发生爆发式汽化，并凭借低电离能形成高导等离子体，沉积能量显著跃升；钨通过液态显热蓄积和电阻急剧上升，在等离子体放电阶段的沉积能量占比超过80%。研究还发现电流暂停现象受到金属材质（电阻温度系数、沸点及汽化潜热等）的影响，其中铜表现出最长的电流暂停时间，而钨则未出现该现象。本文系统研究了电-化耦合爆炸过程中的功率与能量沉积特性，揭示了金属材质对能量沉积过程的影响机制，为提升含能材料能量输出总量、功率提供了实验依据与技术支撑。
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铅为一种低熔点且有着复杂的温度-压力相图的金属材料。经过与锡的合金化，其熔点能够进一步地降低，使得铅锡合金成为研究材料动态力学响应及动态破坏行为的重要模型材料。目前，受铅锡合金表征手段的限制，通过实验方法揭示铅锡合金在原子尺度上的动态破坏行为与机理仍存在着巨大的挑战。非平衡分子动力学是一种重要的理论研究手段，它能模拟动态过程中的原子运动轨迹，从而揭示动态加载-卸载及破坏行为中的关键原子尺度过程。然而，分子动力学方法的可靠性依赖于其所采用的原子间相互作用势函数的精度，目前并没有适用于铅锡合金的动态响应研究的高精度势函数，制约了铅锡合金动态模拟研究。为此，通过同步学习策略，构建了热力学范围在0~100 GPa、0~5000 K下具有第一性原理精度的铅锡合金机器学习势函数模型DP-PbSn。该势函数能够以第一性原理精度预测铅锡合金的点阵常数、弹性常数等基本性质，以及表面能、层错能、空位形成能等缺陷性质，还能够准确地预测其熔化线和冲击雨贡纽曲线，展现了其在动态响应模拟过程中的适用性。利用该势函数，对铅和铅锡合金的动态力学响应行为进行了初步的模拟研究，揭示了锡对动态加载过程中相变及塑性行为的影响。该势函数作为重要的理论工具，能够实现高精度的非平衡分子动力学模拟，从而为铅锡合金的动态力学损伤行为的实验研究提供关键理论依据。
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随着人工智能技术与硬件条件的迅速发展，人工智能技术已逐渐成为推动多个科学研究领域变革的革命性工具。在材料科学领域，机器学习方法在材料高通量设计与性能预测方面均发挥着重要作用。近十余年来，基于机器学习构建材料原子间相互作用势的方法已广泛应用于材料物性研究，为新型材料的理论设计及微观机制的深入揭示提供了重要支撑。本文回顾了机器学习势的发展历程，介绍其基本流程，概述主流机器学习势的原理及其在材料物性研究中的应用场景，简要评述新兴通用势模型的进展，并总结当前面临的挑战与未来发展方向。
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为探究冲击作用下含瓦斯煤损伤演化规律，利用含瓦斯煤分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统对瓦斯压力分别为0、0.5、1、1.5和2 MPa的煤体进行动态压缩试验，基于能量理论分析了冲击作用下含瓦斯煤变形破坏过程，探讨了瓦斯压力对煤体能量参数的影响规律，借助SMP强度准则和Weibull分布函数，结合耗能指标建立了考虑瓦斯-冲击耦合的含瓦斯煤动态损伤本构模型。研究表明：冲击压缩过程中，含瓦斯能量时程曲线可分为缓速增长阶段、加速增长阶段和稳定阶段；随着瓦斯压力的增大，煤体反射能呈线性增加趋势，而透射能和耗散能则呈线性降低趋势；瓦斯-冲击耦合损伤本构模型曲线与试验曲线具有较强的一致性，可以准确地描述冲击作用下含瓦斯煤全应力-应变过程损伤演化规律。
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为有效缓解冲击地压对液压支架的破坏作用，基于单层变径式吸能构件研究基础，提出一种具有更高吸能量的双层变径式吸能构件。基于能量法剖析不同截面管件扩径与缩径变形的能量耗散理论，推导波纹管与圆管不同组合形式下构件稳定变径过程承载力计算公式；通过数值模拟分析得到8种不同类型吸能构件吸能量曲线、承载力曲线及变形规律，对比发现内层波纹管、外层圆管的双层变径式吸能构件结构(SBY类型)具备较优吸能性能；探究不同结构参数对吸能效果的影响规律，其中内管壁厚、外管壁厚、波纹半径和底座内倒角度数4种结构参数对吸能特性参数影响显著。根据拉丁超立方取样方法设计试验方案，利用Kriging代理模型结合多目标粒子群优化算法对结构参数进行优化，最终选择优化后的结构参数组合为：内管壁厚6mm，外管壁厚2.9mm，波纹半径6.9mm，底座内倒角度数40°。制作吸能构件进行轴向准静态加压实验，验证仿真分析及优化结果的准确性和有效性。结果表明：经参数优化后的双层变径式吸能构件总吸能提高54.2%、比吸能提高55.6%、平均承载力提高43.2%、载荷标准差提高59.5%。所设计的构件具有更好的吸能性能，可使让位防冲过程更加可靠，为深部巷道支护液压支架的吸能构件设计提供理论依据和参考。
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金属氢因其包括室温超导电性、量子流体等特性，被认为是高压物理的“圣杯”。由于原子化的金属氢需要500 GPa以上的压强，因此，自从1935年金属氢被提出以来，至今尚未在实验中获得。为使人们能够在生产生活中利用金属氢的性质，需要在环境压力下获得金属氢。目前，在低压下获得金属氢的研究思路是利用氢化物的“化学压力”让氢在较低压力下进入金属化，即寻找特殊的氢化物作为金属氢性质的宿主，但是，这类材料至今没有明显的结构特征，不仅加大了探索金属氢宿主材料的难度，还打击了人们在环境压力下获得金属氢性质的信心。为此，提出了氢为配体的高配位氢化物——在低压下金属氢性质的潜在宿主，其中，配体氢的非键轨道是否金属化是判断氢配体化合物是否能够承载金属氢性质的判断标准。首先，总结了氢在常压下的主要行为，重点关注常压下的氢配体化合物；然后，通过一维氢原子链这一简单模型，分析非键轨道金属化的原因和降低稳定压力的物理图像；接着，分析金属氢配体化合物的轨道特点，指出其超导电性、拓扑性质和实现金属化的电子结构规律。所提出的关于金属氢配体化合物的分析，不仅为未来探索金属氢化物超导体提供了重要的结构信息，更为人们在环境压力下实现金属氢的性质提供重要的理论基础。
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甲烷-氢气混合气体的爆炸防控技术是氢能安全应用的重要课题。本研究通过实验与数值模拟相结合的方法，系统研究了含KHCO3细水雾对甲烷-氢气预混爆燃的抑制机理。结果表明，含KHCO3细水雾对甲烷-氢气预混爆燃具有显著抑制效果，且抑制性能与KHCO3质量分数呈正相关。以X_(H_2 )=10%为例，与对照组相比，11 wt% KHCO3作用下P_max和(dp/dt)_avg分别降低34.64%和44.57%，层流燃烧速度最高下降66.43%。KHCO3兼具物理化学双重抑制效应：物理上，雾滴相变吸热和蒸汽稀释效应降低火焰温度并稀释可燃物；化学上，KHCO3分解产生的钾化合物通过KOH→K→KOH重组循环消耗关键自由基（•H、•O、•OH），与链分支反应形成竞争，中断燃烧链式反应。此外，抑制过程是抑制与促进效应的竞争。高掺氢比和高质量分数下，物理蒸发效率成为限制化学抑制发挥作用的瓶颈，导致了抑制效率的饱和现象，但整体仍表现出显著的抑制效果。
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XFEL装置是诊断微介观材料动态过程的旗舰装置。为了增强对XFEL实验物理的认识能力和装置的设计能力，利用HSWAP工作流管理平台开展了XFEL实验模拟平台的研究工作。HSWAP平台实现了XFEL平台的流程模型、组件模型和数据链接模型，形成初步的XFEL实验模拟平台，并可以方便地使用不同的组件模型创建各种可执行的仿真过程。针对XFEL实验中的XRD和PCI诊断技术开展了模拟研究，实现了分子动力学模拟与XRD模拟的结合以及近场动力学计算模拟与PCI模拟的结合。通过XFEL实验模拟平台的建立和应用，加深了对XFEL诊断能力和实验物理过程的认识。
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地球深部处于极端高温高压环境，其物质组成、相变行为与物理性质对理解地球内部结构、动力学过程及演化具有重要意义。传统实验手段在极端条件下面临热力学状态难以维持、物理量诊断困难的挑战，而第一性原理计算虽然具有量子精度，却受限于计算效率，难以直接应用于大时空尺度的地球深部矿物的模拟。机器学习方法带来了新的机遇，基于第一性原理精度的数据集构建高精度、高效率的机器学习势函数，显著拓展了第一性原理模拟的时空尺度，为研究地球深部矿物的物态、相变、弹性、输运等性质提供了革命性工具。本文系统综述了机器学习方法在地球深部主要矿物（包括上地幔、过渡带与下地幔矿物、俯冲带组分以及地核物质）研究中的应用进展，总结了其在揭示相变、热导率、扩散、熔化和弹性性质等方面的代表性成果，并探讨了当前研究存在的局限性及未来发展方向。
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针对反拱爆破片爆破性能优化设计问题，基于其爆破性能的高、低精度有限元计算结果，通过构建分层克里金(H-Kriging)代理模型，实现了反拱爆破片爆破压力的快速预报，从而建立了反拱爆破片爆破性能的优化设计数学模型，并进行了反拱爆破片的结构优化设计。研究结果表明，基于高、低精度有限元模型所构建的爆破压力-结构参数的分层克里金代理模型，能在显著节约计算成本的前提下，准确预报反拱爆破片的爆破压力。针对反拱爆破片结构的初始设计方案，通过采用遗传算法优化设计，优化方案能够在考虑爆破片厚度加工公差情形下，使爆破压力的波动幅度降低58.8%，从而大大降低了反拱爆破片爆破压力对厚度加工误差的敏感程度，具有很好的工程参考价值。
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跨介质武器是目前军事领域的研究热点之一。基于雷诺时均N-S方程、VOF多相流模型、修正Realizable k-ε湍流模型，构建了三维数值仿真方法，对不同头型的卵形弹高速垂直入水过程中的空泡演化及运动特性展开研究，分析了头型对空泡演化及运动特征的影响规律。研究表明：数值模拟与实验观测数据在空泡形态及运动速度演化规律上呈现良好的一致性。卵形弹头部的几何形状显著影响入水空泡形成机理及弹体运动特性。普通卵形弹与双锥卵形弹的空泡形成于弹体肩部区域，而锥柱卵形弹的空泡于头部开始并快速包裹整个弹体。结合压力场分析表明：双锥卵形弹头部出现了低压区，导致弹体速度衰减减慢；锥柱卵形弹的头部形成典型高压区，导致弹体速度衰减加快。此外，相比其他两种弹体，锥柱卵形弹的轴向载荷增大一倍以上。
采用分子动力学方法，研究了含氦泡铜在两次稳态波加卸载作用下的微射流增长与损伤演化过程，对比了含氦泡与不含氦泡金属的损伤特征、激活应力阈值、微射流形态和速度分布以及不同区域氦泡的变形特征。结果表明：二次冲击后，氦泡膨胀的临界激活应力阈值低于孔洞形核的应力阈值，且与氦泡分布及氦泡数密度密切相关。低压首次冲击下，含氦泡金属比纯金属形成更显著的微射流；二次冲击下，氦泡使微射流更易断裂，且微射流头部最大速度更高，但微射流主体速度分布相当。二次冲击波对于已经经过首次冲击压缩、由于稀疏波作用发生轻微回弹但未恢复至初始状态的体氦泡几乎不起作用。二次冲击后，近表面已破裂飞出的氦泡壁也可能贴回气泡底部，使得部分氦原子被再次封存。二次冲击卸载后，被封存的氦泡会再次发生膨胀破裂，释放氦原子。在二次冲击作用下，氦泡塌缩机制与氦泡尺寸及冲击强度紧密关联。研究结果将为后续的辐照氦泡对金属微喷-微层裂耦合演化影响的跨尺度理论研究提供物理认识和理论依据。
采用密度泛函理论框架下的第一性原理计算与CALYPSO晶体结构预测方法相结合，系统探究了惰性元素氦（He）与碱土金属的化合物在高压条件下的结构稳定性。研究发现，在碱土金属中，锶（Sr）与 He 形成的化合物具有相对较低的能量。为此，对400 GPa下Sr2He的晶体结构进行了预测。电子定域函数和态密度分析表明，Sr与He原子之间不存在形成共价键的趋势。此外，Bader电荷分析显示，Sr原子与He原子之间存在离子键作用，电荷从He转移至Sr，从而为阐明Sr2He的成键机制提供了关键见解。研究结果揭示了Sr2He的晶体结构、成键性质及电子特性，为理解此类亚稳材料的稳定性和物理性质提供了理论支撑，并为其实验合成提供了重要指导。
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本研究针对隧道掘进中遇到的凝灰质砂岩地层非均质性问题，提出一种基于动力冲击的聚能切缝破岩新技术。采用自主研发的岩土体动态冲击力学试验系统，在Φ100 mm × 50 mm的圆柱形凝灰质砂岩试样一端粘贴了厚度为10 mm的聚氨酯垫片，垫片上沿径向开设直径3 mm、6 mm、9 mm的孔洞，分别嵌入6根对应直径的相同聚能钉。设置了冲击气压为0.35–0.65 MPa的7组试验，考察了不同冲击能量和钉径对定向切缝破岩效果的影响。结果表明：随着冲击气压增加，试样峰值应力和能量吸收显著增大，而裂缝贯通程度增强，破裂模式由以沿晶破坏为主向以穿晶破坏为主转变；3 mm聚能钉易因局部压溃而无法形成有效贯通切缝，9 mm聚能钉在高气压下则导致岩石产生块状或粉碎破裂；6 mm聚能钉在多种气压下均表现出稳定连续的定向切缝特征，形成较多穿晶裂纹，展现出优异的能量利用效率。扫描电镜分析结果验证了冲击应变率效应：低应变率（低冲击力）下裂纹多沿晶界扩展，高应变率下裂纹趋于穿晶扩展。该技术充分利用了冲击动力学中压缩-反射-张应力闭合链的破裂机制，实现了无炸药、无液体介质的可控定向破岩。合理匹配冲击参数与聚能钉直径，可在深埋隧道非均质岩层中高效诱导裂缝沿预定方向扩展，为复杂地质条件下隧道掘进中的超欠挖控制提供了新思路和参考。
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为探究单轴压缩下缺陷砂岩的力学特性研究，运用离散元法（Discrete element method，DEM）来建立双裂隙岩桥下不同倾角及不同距离的含缺陷砂岩数值模型，并结合细观裂纹演化和能量演化建立损伤本构方程。研究结果表明，（1）岩桥倾角与距离显著调控缺陷砂岩力学响应与破坏机制，高倾角（60°，90°）促进沿最大主应力方向的张拉裂纹扩展，形成广域张拉区；低倾角（0°, 30°）则增强剪切作用，形成拉剪复合破坏。弹性模量及抗压强度随倾角与距离变化呈现“勺子状”非线性特征，整体随倾角增大呈现先减小后增大趋势。（2）缺陷砂岩的能量演化曲线对岩桥角度具有依赖性，总能量与耗散能随倾角增大呈先减后增趋势，在90°时达到峰值。岩桥距离影响以45°为界，小倾角下能量随距离增大单调递减；大倾角下则呈先增后减。弹性能耗比柱状图呈现三阶段特征，其峰后突变可作为砂岩失稳的临界能量信号及强度失效判据。（3）基于耗散能建立了含岩桥参数的能量损伤本构模型，该本构模型拟合精度高，通过对其模型验证可以有效表征在不同岩桥参数下缺陷砂岩的变形破坏全过程。研究结果可为深入探究缺陷砂岩的力学行为及能量演化特性提供理论参考。
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针对冲击爆轰实验中对速度测量系统的高可靠性要求，基于光纤波分复用/解复用技术，提出了一种双波长激光干涉速度复测方法及技术。采用1550.0和1530.3 nm 2个波长，设计并搭建了一套速度复测原理验证系统，并在气体炮上开展了低速、高速2种典型状态下的动态验证实验。实验结果显示，利用单一光纤探头实现了样品自由面运动速度的复测，2个波长得到的速度测量结果具有较好的一致性，速度相对偏差在±1.5%以内。
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系统研究了在高压条件下，乙醇-氢气-甲烷三元预混燃料的层流燃烧和爆炸特性。采用定容燃烧系统，在初始温度为400 K、压力为0.1~0.4 MPa、当量比为0.7~1.4及乙醇掺比20%、50%、80%的工况下开展实验。结果表明：当量比为1.1时，燃烧不稳定性最强，且不稳定性强度随乙醇含量和压力升高而增强。层流燃烧速度随着压力和乙醇浓度升高而降低，与机理模拟结果的相对偏差小于7%。在爆炸特性方面，最大爆炸压力与初始压力呈线性关系，其斜率随乙醇掺比增加而升高；最大升压速率在当量比为1.1时达到峰值，最大值可达188 MPa/s，对应的爆燃指数为23.66 MPa•m/s，处于相对安全水平。不同乙醇掺比下的最优燃烧区间为：20%时，当量比为1.2~1.3，压力为0.1~0.3 MPa；50%时，当量比为1.1~1.2，压力约为0.3 MPa；80%时，当量比为1.0~1.1，压力约为0.1 MPa。动力学分析进一步表明，R1为主导链分支反应，是提升燃烧速率的关键步骤，机理模拟可准确捕捉自由基演化趋势，验证了反应动力学模型的合理性。研究结果揭示了乙醇掺比与压力共同作用下三元燃料燃烧和爆炸的规律性，为高效清洁燃料设计与燃烧室优化提供了参考。
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金属铝（Al）作为常用的活性金属之一被广泛应用于活性材料体系中，但Al也存在反应活性偏低制约体系能量释放的问题。本研究将铝铈合金（Al-Ce alloy）引入反应体系中，利用稀土铈的高反应活性特点强化铝的反应活性。为研究稀土基活性材料在冲击过载下的力学特性和点火性能，开展了Al2Ce/PTFE、Al/PTFE、Al2Ce/AP、Al/AP四种活性材料体系的制备和表征，通过霍普金森杆实验系统动态加载，研究四种活性材料体系的动态应力-应变、点火延迟、燃烧持续时间等性能；通过热分析测试，研究不同含量活性金属对AP的热分解性能的影响。研究表明，四种活性材料存在未燃烧、燃烧和爆燃三种冲击点火形态；Al2Ce/PTFE和Al/PTFE材料点火性能较差；Al2Ce/AP体系的极限强度和临界失效应变较高，且冲击点火形态为爆燃，点火延迟和持续燃烧时间均低于Al/AP体系；Ce元素的引入加速AP的分解，并使Al2Ce/AP体系的焓值大幅提高，能量释放更集中。Ce元素可以有效提高金属铝的反应活性，其高反应活性特点使活性体系材料的反应进程加速，并显著强化活性材料体系在冲击作用下的能量释放。综上所述，稀土铝合金材料因其具有高反应活性优势，对于研制新型铝基冲击反应材料具有重要意义。
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地下盐穴储气库是重要能源基础性设施，一旦发生冲击破坏将造成不可挽回的损失。因此提出评估盐穴在极端冲击载荷下安全性的关键动态稳定性指标具有重要意义。为探究高速侵彻下盐穴储气库的动力学响应，基于RHT（Rieldel-Thoma-Hiermaier）本构模型对盐岩材料进行定义，利用ANSYS/LS-DYNA软件构建了储气库的有限元模型，分析某种钻地武器对盐穴结构的损伤效应。在此基础上开展三种不同盖层厚度工况数值模拟，考虑垂直位移、竖向应力、有效塑性应变、剪切应力四个参数，揭示盐穴溶腔在动态冲击下顶板及围岩结构的破坏机制，形成关键稳定性指标的变化规律。模拟结果表明：盖层厚度减少导致围岩动态响应加剧，塑性变形区域扩大；顶板与围岩的位移呈先上升后下降趋势；低竖向应力区的盐岩会受到较大的剪切应力，更容易发生破坏；围岩积累塑性应变且更大，其塑性变化受侵彻扰动更敏感。
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为精准调控深部矿山切缝药包爆破对采场充填体的损伤效应，聚焦周边孔间距（500、600、700、800 mm）的控损机制，依据弹性波动理论及岩质介质中冲击波动态传播特性，建立了切缝药包爆破时约束方位应力波在多介质作用下的扩散机制；结合混凝土类脆性材料与充填体损伤演化的强相关性，建立了RHT本构模型的跨介质等效标定框架；基于数值仿真软件ANSYS/LS-DYNA，构建了“充填体-矿体-切缝药包”多介质动态耦合数值模型，在其充填体-矿体交界处布置观测点，对观测点处的峰值应力变化、爆破振动速度变化以及充填体损伤演化进行了分析。基于金川三矿区邻近充填体的进路回采阶段爆破试验，进行了常规药包、切缝药包以及不同周边孔间距的爆破试验。试验表明：切缝药包爆破在未约束方位触发气相射流与应变能汇聚效应，同步抑制约束方位应力和爆破振动速度，实现了对邻近充填体爆破荷载的定向衰减；相较常规装药，切缝药包使充填体损伤度显著降低36%以上；爆破损伤度与周边孔间距呈负相关趋势，增加间距时损伤抑制效率提升。
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针对传统周边爆破易诱发随机裂纹损伤围岩的问题，结合弹性力学理论与基于ANSYS/LS-DYNA的数值模拟，深入研究了空孔定向爆破的损伤演化与动力响应特性。首先，基于弹性力学理论，阐释了控制定向裂纹扩展的力学机制，揭示了在爆炸荷载作用下空孔通过应力波反射产生拉应力集中的机理；接着，通过建立平面双孔不耦合装药数值模型，系统研究了炮孔间距和地应力场对损伤演化的影响；最后，分析了空孔附近峰值应力和质点峰值振速的动态变化规律。结果表明：空孔显著改变爆炸能量分布，将其引导至集中于炮孔连线方向，有效抑制了非预期裂纹的萌生与扩展；空孔定向效果受地应力调控，高地应力削弱空孔水平方向的拉应力集中，抑制炮孔间裂纹扩展，因此，炮孔布置宜平行于岩体最大主应力方向，以最大化定向效果并减弱地应力抑制；炮孔间距为11~14倍炮孔直径时，可促进主裂纹稳定定向扩展，抑制非预期裂纹发育，显著改善围岩损伤控制效果。高地应力工况下，需将孔距参考值缩小至8~11倍炮孔直径。
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采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法和基于粒子群优化算法的结构预测方法，本文对SrB2C2在0-350 GPa压力范围内进行结构搜索，成功确定了常压下SrB2C2是属于四方晶系的tI20-SrB2C2，高压下是属于正交晶系的oF40-SrB2C2。基于焓差曲线，确定了SrB2C2的相变压力为44.7 GPa。通过声子谱、弹性常数以及形成焓的计算，验证了tI20-SrB2C2和oF40-SrB2C2在对应压力下的稳定性和实验合成的可能性。由不同方向杨氏模量和剪切模量可以看出tI20-SrB2C2比oF40-SrB2C2具有更大的力学各向异性，主要是由于sp2杂化的硼碳键组成了层状结构的tI20-SrB2C2，而oF40-SrB2C2的硼碳键主要是sp3杂化的共价键，形成了更稳定的三维网状四面体结构。电子结构的计算表明SrB2C2均为间接带隙半导体，电子局域函数的计算说明了tI20-SrB2C2和oF40-SrB2C2中硼碳键分别为sp2和sp3共价键。
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为了研究点火电阻发火过程中温度的动态变化，解决储能电容-点火电阻体系的匹配性问题，通过电热实验、红外温度测量和数值模拟方法，对不同电容放电电压下点火电阻的电压-电流变化和温度变化进行测量，并结合未熔断样品的表面状况，确定点火电阻的临界熔断电压，得出点火电阻电特性规律和温度变化规律。结果表明：在相同电压下，桥膜式直线型的熔断时间最短；相同阻值下，桥膜式点火电阻的熔断时间和升温时间比桥丝式更短，能达到的最高温度也更高。数值仿真结果与实验数据吻合良好，验证了模型的准确性，同时揭示了桥丝式和桥膜式S型点火电阻在通电过程中热量易在拐角处积累并率先发生相变的规律。
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本文基于高维神经网络势能模型与随机表面行走算法，系统研究了二氧化硅在高压条件下的结构相变机理。首先，构建了覆盖石英、柯石英、斯石英及非晶态的全局势能面，绘制出热力学相图，揭示了斯石英在高压区域的热力学稳定性优势。进一步分析发现，石英向斯石英的相变路径在高压下能垒显著降低，表现出较强的动力学可行性；而柯石英至斯石英路径则为单步机制，能垒随压力增高略有上升。在非晶化相变方面，通过采样与识别低对称性结构群，明确了低对称性结构群在石英高压非晶化中的关键作用，揭示了“短程有序—中程无序—拓扑有序”结构作为非晶态的关键特征。值得注意的是，研究过程中未发现有效的石英-柯石英相变路径，表明非晶化相变抑制了该转变路线，揭示了石英-柯石英路径缺失的动力学规律。该工作系统探究了高压下二氧化硅的晶态与非晶态相变机理，并为复杂氧化物的高压模拟研究提供了理论依据与方法范式。
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随着对含能结构材料力学性能及能量释放能力的综合要求不断提高，传统含能结构材料难以同时满足高强度及高能量释放水平的需求。本工作通过粉末冶金工艺制备了一种新型Ti1.5ZrNbMo0.5W0.5高熵合金，系统研究了该合金的微观组织、力学性能、毁伤效能及能量释放机制。结果表明，Ti1.5ZrNbMo0.5W0.5合金具有的高致密度和较小的晶粒尺寸赋予了其优异的准静态与动态压缩性能；在弹道枪实验中，尺寸为φ8mm×8.5 mm的Ti1.5ZrNbMo0.5W0.5合金破片在约600~1000m/s的范围内可击穿6~10 mm厚Q235钢板并发生破碎，并发生剧烈的释能反应，释能过程以富 Zr 区域的显著氧化为主导，该过程释放大量热能并成功引燃靶后易燃物。本研究详细表征了Ti1.5ZrNbMo0.5W0.5合金合金显微组织和性能，揭示了该合金释能机制，评估了其在实际穿甲应用场景下的综合毁伤性能，为该体系合金的进一步研究和应用提供了理论基础和实验依据。
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为确保深部高应力区岩土工程的施工安全，提升岩爆烈度等级预测的精准度，针对岩爆的突发性和复杂性，提出了一种基于鲸鱼优化算法（WOA）与极端梯度提升树（XGBoost）的组合岩爆烈度等级预测模型。首先，分析影响岩爆烈度等级的主控因素，选取单轴抗压强度、最大切向应力、单轴抗拉强度、脆性系数、应力系数和弹性能指数建立岩爆烈度等级预测指标体系，引入皮尔逊相关系数、链式方程多重插补法（MICE）、合成少数类过采样技术（SMOTE）和主成分分析法（PCA）处理原始样本。其次，通过WOA优化XGBoost模型的最大迭代次数、树的最大深度和学习率，并采用准确率、精准度、召回率、F1分数和科恩卡帕系数综合评价所建模型的预测结果。最后，将该模型应用于秦岭终南山公路隧道和江边水电站引水系统预测岩爆烈度等级。结果表明：经WOA优化后XGBoost模型的最大迭代次数、树的最大深度和学习率分别为51、13和0.7325时效果最佳；基于WOA-XGBoost岩爆烈度等级预测模型得到的结果与实际等级的拟合度优于传统智能算法模型；通过将WOA-XGBoost模型应用于工程实践中，验证了该模型预测岩爆烈度等级具有较高的准确度和可靠性。
PDF(13)
地球上的矿产资源是有限的，而木材可以再生。改性木材代替储量有限的工业材料是人类的长期追求和任务。采用大腔体六面顶压机对三种木材（轻木Ochroma lagopus、椴木Tilia tuan和东非黑紫檀Dalbergia melanoxylon）试样进行了室温高压加工处理。分析了高压处理对三种木材的气干密度、抗压强度、弹性模量等性能的影响，并通过CT和SEM对三种木材内部的微观结构变化进行了观察。结果表明，三种木材物理力学性能均有所提升。轻木、椴木和东非黑紫檀在5.5 GPa高压处理后，其密度分别提升239%、112%和11%；表面硬度分别提升79%、46%和15%；抗压强度分别提升33%、9%和28%。其中东非黑紫檀压密材的比强度（101.55 kJ·kg-1）接近铝合金材（109.23 kJ·kg-1）。东非黑紫檀比陶瓷材料轻质，比铝合金绝缘和隔热。高比强度东非黑紫檀有潜力取代铝合金，在不少特殊环境中获得广泛的应用，为未来工业的可持续性发展提供支持，该研究结果为木材高值化应用提供了新思路。
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铝合金因其优异的力学性能广泛应用于航空航天、船舶及高新领域，但其服役时常需承受动态冲击载荷，研究其动态加载下的力学响应具有重要理论和工程意义。以6061铝合金为研究对象，通过系统的实验测试和数值模拟，对其静、动态力学性能及弹道响应特性进行了深入研究。实验结果表明，在0.001~3800 s-1应变率范围内，6061铝合金表现出显著的应变率强化效应，流动应力随应变率的提高而显著增大，增幅达18.5%，但其应变硬化行为在不同应变率条件下保持相对稳定。基于最小二乘法标定的Johnson-Cook本构模型参数能够准确描述材料在不同应变率下的力学响应。弹道实验研究表明，球形弹丸侵彻6061铝合金靶板的弹道极限为282.6 m/s，且残余速度与入射速度在超弹道极限条件下呈良好的线性关系。靶板失效形貌分析揭示了其破坏模式与冲击速度有关：低速冲击下主要表现为复合应力主导的整体变形，而高速侵彻时则以局部剪切破坏为主。建立的有限元模型有效地再现了实验观测的弹道响应和破坏模式，误差小于5%，验证了拟合的本构模型参数和数值方法的可靠性。采用经过实验验证的有限元模型，对不同直径球形弹丸侵彻6061铝合金靶板的弹道响应进行了研究，在弹丸直径为10、8、6 mm时，靶板的弹道极限速度分别为283、392、443 m/s，因此，在靶板厚度不变的情况下，弹丸质量越高，靶板的弹道极限速度越大。研究结果为6061铝合金在冲击载荷条件下的工程应用提供了重要的理论依据和实验数据支撑。
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针对弧形拐弯坑道内冲击波衰减规律不清的问题，研究了半径和拐弯角度对弧形坑道中冲击波传播的影响，发现半径和拐弯角度对消波效率的影响有限，且弧形坑道与同角度直接拐弯坑道的消波效率相近，基本小于7.2%。为提高拐弯坑道对冲击波的衰减效率，提出以弧形坑道为基础设置扩散室构建成弧形扩散坑道的防护新思想，并探讨了扩散比、扩散形式（外侧扩撒、内侧扩散和两侧扩散）和冲击波特征参数对弧形扩散坑道消波效率的影响规律。计算表明，弧形扩散坑道可大幅提高冲击波衰减效率，衰减率可达55.9%，其中，外侧扩散型弧形坑道的消波效率最高，内侧扩散型和两侧扩散型的消波效率次之，且消波效率随扩散比的提升而不断增大。随着冲击波压力峰值的变大，弧形扩散坑道的消波效率有所提高，可以达到64.4%，继续提升压力峰值时，弧形扩散坑道的消波效率略有下降但基本保持不变；弧形扩散坑道的消波效率随冲击波正压时间的变大而降低，在正压持续时间为100 ms时，消波效率降至25.4%，但随着正压时间的进一步变大，弧形扩散坑道的消波效率几乎保持不变。
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分子流体/窗口“冲击冷却”的物理机制是困扰冲击波物理学界多年的科学问题。对冲击界面冷却效应的物理解释有3种不同观点：分子流体/窗口之间热平衡，熔融态光学窗口的消光效应，分子流体的冲击响应特性。为此，对比研究了化学活性流体CHBr3及惰性液态氩（LAr）与LiF光学窗口界面的冲击辐射行为和辐射温度变化特征。在相同的冲击压强下，2种介质的界面辐射特性呈现出不同的演变特征，表明界面冷却效应与流体介质及其化学活性密切相关，该观测结果强烈支持界面冷却效应由流体自身冲击响应所致，不支持热传导机制和窗口熔化消光机制。
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为提高聚能战斗部对含水复合结构的侵彻能力，设计了一种截锥-球缺组合罩，并通过数值仿真探究其在水介质中的射流成型运动规律和对含水复合结构的毁伤性能。研究发现：在侵彻含水复合结构的过程中，截锥-球缺组合罩相比于亚半球-球缺组合罩和U形-球缺组合罩，形成的射流长度更大，射流头部速度更高；在水介质中形成的空腔通道、水介质径向扩展速度均最小；击穿后效靶板后的射流剩余动能以及射流剩余速度最大。利用仿真技术探究截锥-球缺组合罩中截锥罩的锥角、高度、侧壁壁厚、顶壁壁厚等结构参数对射流形态及侵彻性能的影响，并对其进行正交优化试验设计，结果表明：这些结构参数对射流侵彻性能影响由大到小依次为截锥罩的锥角、高度、侧壁壁厚、顶壁壁厚；当锥角为26°、高度为22 mm、侧壁壁厚为4.0 mm、顶壁壁厚为3.2 mm时，截锥-球缺组合罩的侵彻性能较优，穿透后效靶板时的射流剩余动能为136.2 kJ。该研究对聚能型鱼雷战斗部的设计以及提高鱼雷战斗部毁伤威力具有一定的参考价值。
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为探究隔板在小口径聚能装药中的作用，开展隔板参数与中心通孔药型罩匹配对爆轰产物泄露以及射流侵彻性能的影响规律研究。基于爆轰波正规斜反射理论，推导了药型罩表面不同位置处爆轰波初始入射角和所受压力与隔板参数之间的定量关系式。采用LS-DYNA软件，系统分析了隔板直径、高度对射流成型和侵彻性能的影响规律。结果表明：在通孔药型罩中添加隔板能有效提高药型罩上的压垮压力，抑制爆轰产物泄漏，提高能量利用效率和射流侵彻性能；射流侵彻能力随隔板直径增大呈现先增后减的变化趋势；隔板高度对射流性能的影响呈多极值响应；当隔板直径为6 mm且隔板高度为4 mm时，对45钢靶的侵彻深度达到较大值，为158.17 mm，较无隔板结构，提升了17.21%。研究结果可为小口径聚能战斗部设计提供参考。
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为探讨海底光电复合电缆（submarine optical-electrical composite cable，SOCC）在不同工况下的抗冲击力学性能，首先，对SOCC开展了落锤式冲击实验，揭示了不同变量下其外铠装的结构变形特征，记录其冲击演化过程和最大凹陷变形程度；其次，对SOCC展开有限元模拟，并与试验结果进行对比分析；最后，探讨了SOCC在不同参数影响下的变形特征。结果表明，内外铠装均发生了凹陷变形，而铜铠装、铜导体以及光缆铠装则主要表现为弯曲变形，同时耦合局部凹陷变形。随着冲击能量的增大，金属构件达到最大变形所需时间缩短，回弹加快；冲击角度对内外铠装凹陷变形的影响不明显，对内部其他构件产生了显著破坏，其中上方构件的变形破坏最为严重。研究结果有利于对SOCC的动力学性能评估，并为工程中SOCC保护措施设计提供参考。
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探讨了不同碳纤维/玄武岩纤维（CF/BF）配比的混杂层合板在弹道冲击及冲击后压缩（CAI）性能方面的表现，结果表明，玄武岩纤维显著提升了混杂层合板的能量吸收能力。采用C扫描、电子显微镜以及扫描电镜对损伤机制进行了分析，揭示了其性能提升的内在机理。尽管混杂层合板的初始压缩强度随BF含量的增加而单调下降，但在CAI测试中，受损层合板的残余压缩强度呈现局部波动趋势，主要是由于能量吸收能力的增强与初始压缩强度下降之间的竞争作用。研究结果为轻量化、高抗冲击复合材料结构设计提供了指导。
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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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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。
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，加速了
极端高压环境下纳米金属材料的力学响应特性研究具有重要的科学意义和工程价值。采用金刚石压砧结合同步辐射X射线衍射技术，研究了平均晶粒尺寸约为10 nm的金属钯（Pd）在静高压下的力学行为。在0～111 GPa压力范围内，钯金属的相结构稳定。通过分析不同压力下X射线衍射谱的峰位和半高宽等，得到了纳米金属钯在高压下的晶胞体积、晶粒尺寸和微应变等信息。通过拟合三阶Birch-Murnaghan方程，得到了纳米钯金属在静水压和非静水压下的体弹模量分别为288和290 GPa，屈服强度约为20 GPa。结合已有报道，探讨了尺寸效应对金属材料体弹模量等力学行为的影响规律。随着晶粒尺寸的减小，钯金属的屈服强度逐渐增大，较钯纳米纤维材料提高了约300%。实验结果可为纳米金属钯在极端条件下的结构设计与应用提供数据参考。
碳化钨-钴（WC-Co）硬质合金作为一种重要的粉末冶金制品，被广泛应用于众多工业领域。传统烧结方法存在烧结温度高、时间长、晶粒粗化等问题，难以满足高强度细晶硬质合金的制备需求。采用高温高压法，对亚微米WC-5Co（钴的质量分数为5%）硬质合金进行了烧结行为研究。实验结果表明，在5.0 GPa、1 250 ℃的制备条件下，烧结体的致密度可达99.4%，维氏硬度为(24.0±0.3) GPa，明显优于放电等离子体烧结法和真空烧结法所制备的同组分硬质合金。与相同初始粉料的商用硬质合金相比，高温高压条件下烧结样品中WC的平均晶粒尺寸减小了约36%，维氏硬度提升了约10%。相较于传统烧结方法，高温高压烧结法有效降低了烧结温度，缩短了烧结时间，提升了烧结效率。此外，高压能够有效抑制固相烧结阶段WC晶粒的异常生长，在液相烧结过程中（1 450 ℃），随着烧结压力的升高，WC晶粒有明显的细化现象，当烧结压力从3.0 GPa提升至5.0 GPa时，样品的维氏硬度提升了约7%。
一氧化碳（CO）是典型的低原子序数（
为研究高温-冲击双循环累积损伤对花岗岩动态力学特性的影响，以高径比为0.8的花岗岩试样为研究对象，测得100、300和500 ℃高温下分别循环2、4和6次前后的纵波波速，利用分离式霍普金森压杆试验装置进行冲击气压为0.25、0.30和0.35 MPa的等幅循环冲击试验，研究温度、高温循环次数、冲击气压和冲击次数对花岗岩试样动力学特征的影响，同时基于Lemaitre连续损伤本构模型和应变等价原理定义循环高温和循环冲击累积损伤因子，分析高温-冲击双循环临界累积损伤因子。结果表明：随着初始高温累积损伤和冲击气压的增加，花岗岩试样第一次冲击的裂纹形态由单一裂纹向复杂裂纹演化，贯通度增加，峰值应力依次减小，峰值应变依次增大；花岗岩试样循环冲击中，第一次冲击和最后一次冲击的峰值应力与峰值应变变化显著；对循环高温处理后花岗岩试样的循环动态冲击累积损伤的影响由大到小依次为冲击气压、温度、高温循环次数，得出临界高温-冲击累积损伤因子在0.625～0.676之间，可为深部资源地下开采安全评估提供理论支撑。
为研究冲击荷载作用下早龄期混凝土-泥岩组合体的动态力学特性，采用分离式霍普金森压杆装置，结合高速摄影机，对养护龄期为1、3、7 d的组合体试件进行了冲击试验，基于数字图像相关（digital image correlation，DIC）技术分析了试件的位移场和应变场的演化规律，系统揭示了组合体的动态损伤破坏特征。试验结果表明：随着应变率增大，不同龄期组合体试件呈现显著的应变率相关性，其动态强度增长规律符合对数函数模型；耗能密度随入射能线性增长；1、3、7 d龄期组合体表面的最大位移分别为1.564、1.196、0.924 mm，最大应变分别为1.886%、1.352%、1.184%。研究结果揭示了早龄期混凝土-泥岩组合体在冲击荷载作用下的动态力学性能及损伤破坏机制，为隧道爆破施工中围岩-初期支护结构的损伤防控提供了理论依据。
遮弹层作为现代军事防御体系的关键组成部分，可为后方重要目标提供防护。块石作为遮弹层的常用堆筑材料，其遮弹机理及性能优化研究具有重要意义。采用离散元球体单元和黏结破碎模型，模拟了块石在弹体冲击载荷下的破碎现象，并对刚性弹正侵彻密实堆积的块石结构进行了数值模拟，探讨了块石粒径、形状及空间排布特性对其抗侵彻性能的影响。结果表明：在侵彻过程中，块石通过碰撞和滑移耗散了90%以上的弹体动能；块石破碎数量与块石粒径呈负相关，与块石长短轴比呈正相关；采用单粒径块石多层位错排布时，弹体侵彻深度主要取决于侵彻阻力峰值，粒径为120 mm的圆形块石工况的侵彻阻力最大且侵彻深度最小；采用块石粒径沿迎弹面方向梯度递减的分层排布时，不能有效提高结构体的遮弹效果。研究结果可为理解块石遮弹机理提供参考。
针对电子雷管发火电容受冲击后出现掉电可能导致其因发火能量不足而无法可靠起爆这一工程实际问题，通过高速纹影测试系统，研究了不同发火电压下金属桥膜型及桥丝型引火药头的发火时间，明确输入引火药头的初始能量对其热分解阶段、火焰增长期、火焰持续期时间的影响，得到了2种引火药头发火总时间与发火电压、发火能量的关系。结果表明：13～21 V区间内，引火药头的发火总时间随电压的变化率呈先减小后增大的趋势；随着发火电压的增大，金属桥膜型引火药头的热分解期、火焰增长期、火焰持续期的时间降幅分别为66.2%、76.6%、15.0%，桥丝型引火药头在3个阶段的时间降幅分别为28.0%、39.2%、30.0%，且金属桥膜型引火药头各阶段的发火时间较桥丝型短；当发火电容剩余能量处于1.9～4.9 mJ时，金属桥膜型和桥丝型引火药头的发火一致性及发火精度受到影响；当剩余能量小于1.9 mJ时，金属桥膜型引火药头因发火能量不足导致瞎火。研究结果将为电子雷管发火裕度设计提供依据，有助于降低小孔距爆破中电子雷管的拒爆率。
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，开展不同环向应力作用下单面快速卸荷、三向五面受力和竖向持续加载岩爆模拟试验，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；环向应力会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，而从能量的绝对值来看，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最高，弹性能转化率次之，耗散能转化率最低，且三者与环向应力均呈正相关，环向应力的增大会明显加快总能量、弹性应变能及耗散能的转化速率。
在露天爆破中，最小抵抗线决定了爆破能量释放的主导方向和岩石运动速度的方向，是控制爆破作用范围、岩石破碎效果及抛掷路径的核心因素。基于DEM-PBM（discrete element method-population balance model）耦合的爆破漏斗数值模拟方法，通过多尺度建模与试验数据协同分析，结合现场爆破漏斗试验，对不同最小抵抗线下爆破漏斗破岩规律进行了研究，以优化爆破参数，提高爆破效率和安全性。数值模拟结果表明：当抵抗线长度为1.05 m时，20 ms时的爆破扩腔面积比5 ms时增长70.33%；当抵抗线长度为1.85 m时，爆破扩腔面积增长11.42%。对比不同抵抗线下破碎块度的抛掷作用效果，当抵抗线长度为1.05 m时，抛掷效果最佳。现场爆破漏斗试验结果显示：当抵抗线长度增大时，爆破漏斗体积变小；当抵抗线长度为1.05 m时，爆破漏斗体积最大，与数值模拟得到的爆破扩腔规律相似。现场爆破块度尺寸分形规律分析结果表明，当抵抗线长度为1.05 m、炮孔深度为1.2 m时，抛掷岩石块体较多，块度分布适中，破碎块体抛掷作用效果最佳。研究结果可为现场钻爆参数优化提供一定参考。
采用理论分析和模型试验研究双孔爆破介质的损伤破坏特征，基于双孔爆破模型的弹性力学平面应变问题解析，建立了双孔爆破动态应力场演化的理论模型。通过模型试验研究了不同炮孔间距下双孔爆破的损伤特征，通过分区和分形维数定量表征了炮孔周围不同区域的损伤特征。结果表明：随着炮孔间距的增大，应力波叠加作用降低，压碎区半径增大，裂纹数先减少后增多，主裂纹的平均长度逐渐增大；炮孔连线方向的损伤逐渐减小，垂直于炮孔连线方向的损伤逐渐增大；小孔距有利于裂纹孔间贯穿和沿炮孔连线方向扩展；试件左部和右部区域的损伤变量逐渐增大，中部区域的损伤变量在炮孔间距为50 mm时出现最小值；区域Ⅰ和区域Ⅱ的损伤变量先减小后增大，区域Ⅲ的损伤变量逐渐减小；在极坐标系下，区域Ⅰ的损伤均匀分布，区域Ⅱ的损伤由椭圆形分布逐渐向圆形分布转变。根据损伤区域分形维数与损伤变量的关系，构建了聚甲基丙烯酸甲酯材料双孔爆破分形损伤模型。
